Question

4．测定小灯泡电阻的实验器材如图甲所示电源电压为6V

（1）正确连接电路闭合开关后，发现灯不亮，但是电压表有读数，电流表有读数，灯泡不亮，原因可能是灯泡两端电压太小；发现灯不亮，但是电压表有读数电流表无读数原因是灯泡断路．
（2）排除故障后，某次测量时两表示数如图乙所示，则小灯泡两端的电压为2.2V，电流为0.34A，此时小灯泡电阻为6.47Ω，小灯泡电功率为0.75W．（结果保留两位小数）
（3）若改变小灯泡两端的电压再做几次实验，测得小灯泡的电阻值各不相同是因为灯泡灯丝的电阻受温度影响．
（4）实验时发现无论如何调节滑动变阻器都无法使灯泡电压达到1V，原因可能是滑动变阻器最大阻值太小．
（5）完成上述实验后，小明还想测量一段电炉丝的电阻Rx，可是在连接电路时，发现电流表和滑动变阻器都已损坏且电源电压未知．于是小明就利用一阻值已知的定值电阻R₀、电压表及一个开关S，重新设计并连接电路完成了实验．（原件位置不准改动）
①请你在图3方框内画出小明设计的实验电路图．
②电阻表达式：Rx=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{U}_{1}}{R}_{0}$．

Answer 1

分析 （1）灯泡不亮，可能是断路或短路，然后根据电压表的情况进行判断；
（2）已知电流表、电压表的量程和分度值，可读出电流表、电压表的示数，根据公式R=$\frac{U}{I}$计算灯泡灯丝电阻，利用P=UI可求灯泡的电功率；
（3）灯泡的电阻受灯丝的温度的影响；
（4）滑动变阻器与灯泡串联，电源电压一定，由串联电路特点知，滑动变阻器电压越大，灯泡两端电压越小，电压表示数越小；现在无论如何调节滑动变阻器都不能使灯泡两端电压达到1V，可能是因为滑动变阻器分压太小造成的；
（5）电流表和滑动变阻器损坏无法使用，但电压表可以测量电炉丝电压，要测量电炉丝的电阻，还要知道通过电炉丝的电流，所以电炉丝与定值电阻组成串联电路，根据串联电路电流处处相等间接测量．

解答 解：（1）电压表有读数，电流表有读数，说明电路正常，灯泡不亮，可能是灯泡两端电压太小，实际功率太小的原因；
发现灯不亮，但是电压表有读数，可能是灯泡断路；
（2）电流表的量程为0～0.6A，所以电流表的示数为0.34A，
电压表的量程为0～3V，所以电流表的示数为2.2V，
小灯泡的电阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.2V}{0.34A}$≈6.47Ω；
小灯泡的电功率：P=UI=2.2V×0.34A≈0.75W；
（3）改变小灯泡两端的电压，灯丝中电流发生变化，由于灯泡灯丝的电阻受温度的影响，所以计算出的电阻值不同；
（4）灯泡与滑动变阻器串联，滑动变阻器阻值全部接入电路时，定值电阻两端电压最小，若滑动变阻器的最大阻值太小，无论怎样调节滑动变阻器，定值电阻两端的电压都不可能达到1V；
（5实验电路图：
；
实验步骤：①只闭合开关S₁，读出电压表的示数U₁；
②只闭合开关S₂，读出电压表的示数U₂．
电路电流：I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$，
电炉丝两端电压为U_x=U₂-U₁，
电炉丝电阻为R_x=$\frac{{U}_{X}}{I}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{U}_{1}}{R}_{0}$．
故答案为：（1）灯泡两端电压太小；灯泡断路；（2）灯泡灯丝的电阻受温度影响；（3）2.2；0.34；6.47；0.75；（4）滑动变阻器最大阻值太小；（5）$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{U}_{1}}{R}_{0}$．

点评 本题考查在测灯泡电阻的实验，关键是变阻器的使用，但需要细心，是电路连接中的易错点，值得我们关注．电表的读数，欧姆定律的简单计算，通过求多次测量的平均值来减小误差等都是我们应该重点掌握的基本知识．