Question

10．小菲同学要测量额定电压为2.5V、小灯泡的功率：

（1）连接的不完整实物电路如图（甲）所示，请用笔画线代替导线，完成实物电路的连接．
（2）检查电路连接无误，闭合开关后，灯泡不亮，电压表有示数且接近电源电压，电流表指针几乎不动，产生这一现象的原因可能是灯泡处断路．
（3）排除故障后，移动滑片P到某一位置时，电压表示数如图乙所示，若要测量小灯泡的额定功率，应将滑片向B（选填“A”或“B”）端移动，使电压表示数为2.5V．
（4）移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的I-U图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是W．
（5）小明又想测某未知电阻Rx的阻值，设计了如图丁所示电路（R₀为已知阻值的定值电阻），并设计了如下实验步骤，请帮他把缺少的步骤补全，并写出R_x的表达式，实验步骤：
A．按照设计的电路图连接电路；
B．断开S₂，闭合S₁记录电流表示数I₁；
C．断开S₁、闭合S₂，记录电流表示数为I₂．
表达式：R_x=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}$R₀（或$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$R₀）（用已知和测量的物理量的符号表示）．

Answer 1

分析 （1）图中还有电压表、电流表没有完全接入电路，要从电压表、电流表的量程、连接方式、正负接线柱上考虑；
（2）灯泡不亮可能是灯泡断路或短路，灯泡断路时，电路断路，电路中没有电流，电流表无示数，电压表串联在电路中，电压表测量电源电压；
灯泡短路时，电路总电阻减小，电路电流增大，电流表示数增大，电压表测量导线电压，示数为0．
（3）读出电压表示数为2.2V，要使灯泡正常工作，灯泡两端电压增大到2.5V，电路电流要增大，总电阻要减小，滑动变阻器的电阻要减小．
（4）由图象读出电压为2.5V对应的电流值，根据P=UI计算出灯泡的额定功率；
通过图象可以发现导体的电阻是变化的，导体电阻的决定因素有：导体的材料、长度、横截面积、温度四个因素．因此从导体的决定因素入手来分析此题；
（5）在没有电压表时，使定值电阻与待测电阻并联，根据开关的状态、电流表的示数以及欧姆定律得出定值电阻两端电压，然后根据公式R=$\frac{U}{I}$计算出被测电阻的阻值．

解答 解：（1）电流表串联使用；灯泡的额定电压为2.5V，电压表要选择0～3V量程，电压表并联在灯泡两端，电流从正接线柱流入，从负接线柱流出．如图．  

（2）灯泡不亮，电流表无示数，电路断路，灯丝断路时，电压表串联在电路中，电压表测量电源电压，电压表示数等于电源电压．
（3）电压表使用0～3V量程，每一个大格代表1V，每一个小格代表0.1V，电压为2.2V．
要使灯泡正常工作，灯泡两端电压从2.2V增大到2.5V，电路电流要增大，总电阻要减小，滑动变阻器的电阻要减小，滑片向B端移动，使电压表的示数为2.5V．
（4）从图象得知，灯泡在2.5V下的电流为0.3A，则P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（5）实验步骤：
①电路图连接电路．
②断开S₂、闭合S₁记录电流表示数为I₁；
③断开S₁、闭合S₂，记录电流表示数为I₂（或S₁和S₂都闭合记录电流表示数为I₂）；
④由题意知，断开S₂、闭合S₁时，电流表测量通过R₁的电流；
断开S₁、闭合S₂，电流表测量干路中电流，则通过Rx的电流为I₂-I₁；
则I₁R₁=（I₂-I₁）R_x，
解得：R_x=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}$R₀（或$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$R₀）．
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡处断路；（3）B；（4）0.75；灯丝的电阻随温度的升高而增大；（5）断开S₁、闭合S₂记录电流表示数为I₂；R_x=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}$R₀（或$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$R₀）．

点评 本题考查了连接电路图、电路故障分析、电压表读数、求灯泡额定电流与额定功率、灯泡正常发光电阻等问题，连接电路图时，注意量程的选择，对电压表读数时，注意确定电压表的量程与分度值．