Question

8．某實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有：電源、“30Ω 0.5A”的滑動(dòng)變阻器，10Ω的定值電阻R、未知電阻R₁、標(biāo)有“3.8V”的小燈泡、電流表、電壓表各一個(gè)，開關(guān)、導(dǎo)線若干．選擇其中的器材可以完成下列電學(xué)實(shí)驗(yàn)：

（一）探究電流與電壓的關(guān)系
（1）請(qǐng)將圖甲的電路連接完整．
（2）若電源電壓為6V，甲圖中定值電阻R兩端電壓的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)該為1.5V～3V．
（二）測(cè)量定值電阻R_x的阻值
（1）測(cè)量定值電阻阻值的原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）為了減小測(cè)量的誤差，采取的方法是多次測(cè)量取平均值．
（3）若電流表或電壓表只選擇其中的一個(gè)，電源電壓未知，下列設(shè)計(jì)的電路中，不經(jīng)過(guò)重新拆裝電路不能測(cè)出待測(cè)電阻的是C．

（三）測(cè)量小燈泡的額定功率
（1）將甲圖中的電阻R換成“3.8V”的小燈泡，必須改變電壓表的量程．
（2）閉合開關(guān)后，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向B（選填“A”、“B”）端移動(dòng)，燈泡L逐漸變亮，在燈泡逐漸變亮的過(guò)程中，電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的比值在增大（選填“增大”或“減小”）．
（3）當(dāng)小燈泡兩端電壓表的示數(shù)為3.8V時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為1.216W．
（4）若電源電壓未知，小紅設(shè)計(jì)了不用電壓表就能測(cè)量“3.8V”小燈泡的額定功率的電路圖，如圖丙所示，但她不能確定已知電阻R和燈泡L的位置，請(qǐng)你幫她完成電路的設(shè)計(jì)．

Answer 1

分析 （一）（1）探究電流與電壓的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，要控制電阻的大小不變，改變電壓的大小，記下電流隨電壓的變化，所以電壓表應(yīng)并聯(lián)在定值電阻的兩端，電流表與定值電阻串聯(lián)，變阻器接線柱按一上一下的原則串聯(lián)接入電路中；
（2）根據(jù)電壓表選用的量程確定電壓的最大值；根據(jù)歐姆定律求出電路中的最小電流，再確定電壓表允許的最小值；
（二）（1）測(cè)量定值電阻的原理是歐姆定律；
（2）多次測(cè)量取平均值可減小誤差；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路電壓和電流規(guī)律結(jié)合歐姆定律，分別對(duì)四個(gè)選項(xiàng)分析，確定不拆接能測(cè)量電阻大小的選項(xiàng)，據(jù)此作答；
（三）（1）根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表的量程；
（2）要使燈變亮，應(yīng)增大通過(guò)燈的電流，根據(jù)歐姆定律確定滑片移動(dòng)的方向；根據(jù)歐姆定律和影響電阻大小的因素回答；
（3）根據(jù)圖乙電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（4）要測(cè)定額定電壓為3.8V燈泡的電功率，首先使燈正常發(fā)光．在沒有電壓表的情況下，電流表和定值電阻應(yīng)起到電壓表測(cè)量電壓的作用，所以應(yīng)將定值電阻與電流串聯(lián)后再與燈并聯(lián)，據(jù)此作答．

解答 解：（1）將電阻與電流表串聯(lián)起來(lái)，變阻器右下接線柱連入電路中與電阻串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在電阻的兩端，如下圖1所示：


（2）因電壓表選用小量程，所以R兩端的最大電壓為3V；當(dāng)變阻器連入電路中的電阻最大時(shí)，電路中的電流最小，定值電阻的電壓最小，電路的最大總電阻R_總=R+R_滑=10Ω+30Ω=40Ω，電路的最小電流為
I_小=$\frac{U}{{R}_{總}(cāng)}=\frac{6V}{40Ω}$=0.15A，電壓表最小示數(shù)為U_小=I_小×R=0.15A×10Ω=1.5V，所以若電源電壓為6V，甲圖中定值電阻R兩端電壓的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)該為1.5V-3V；
（二）（1）測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)原理為R=$\frac{U}{I}$；
（2）定值電阻的大小不變，為提高測(cè)量的準(zhǔn)確程度，要多次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差；
（3）A選項(xiàng)，當(dāng)滑片移至左端時(shí)，電壓表示數(shù)即為電源電壓U；當(dāng)滑片移動(dòng)到最右端時(shí)，變阻器的最大阻值為
R₀=30Ω，此時(shí)R₁與串聯(lián)R₀，記下電壓表的示數(shù)U₁，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，R₀的電壓為U-U₁，通過(guò)其的電流大小I=$\frac{U{-U}_{1}}{30Ω}$，由串聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，則被測(cè)電阻的大小R₁=$\frac{{U}_{1}}{I}=\frac{{U}_{1}}{\frac{U{-U}_{1}}{30Ω}}=\frac{{U}_{1}}{U{-U}_{1}}$×30Ω，不經(jīng)過(guò)重新拆裝電路就能測(cè)出待測(cè)電阻大小，不符合題意；
B選項(xiàng)，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，定值電阻R被短路，記下此時(shí)電流表的示數(shù)為I₁，當(dāng)斷開開關(guān)時(shí)，定值電阻R與R₁串聯(lián)，記下此時(shí)電流表示數(shù)I₂，因電源電壓保持不變，所以I₁×R=I₂（R₁+R），所以R₁=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}{-I}_{2}}×$×10Ω，不符合題意；
C選項(xiàng)，只能測(cè)出R₁的電壓，無(wú)法求出電路中的電流大小，不經(jīng)過(guò)重新拆裝電路不能測(cè)出待測(cè)電阻的大小，符合題意；
D選項(xiàng)，將變阻器的滑片移動(dòng)到最右端時(shí)，變阻器連入電路中的電阻最大，R₁與30Ω的電阻串聯(lián)，記下電流表的示數(shù)為I₁；當(dāng)滑片移動(dòng)到最左端時(shí)，變阻器連入電路中的電阻為0，此時(shí)電路中只有R₁接入電路中，記下此時(shí)電流表的示數(shù)I₂；
根據(jù)電源電壓不變，則I₁（R₁+R）=I₂R₁，R₁=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}{-I}_{1}}$×30Ω，不符合題意．
故答案選C．
（三）（1）因燈的額定電壓為3.8V大于3V，所以應(yīng)更換電壓表量程；
（2）要使燈變亮，應(yīng)增大電路中的電流大小，根據(jù)歐姆定律要減小電路中的電阻大小，所以，滑片向B端移動(dòng)；根據(jù)歐姆定律，電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的比值即為燈的電阻大小，因燈變亮，即燈的實(shí)際功率變大，燈絲的溫度升高，根據(jù)燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，所以燈絲的電阻增大，即電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的比值增大；
（3）圖乙中電流表小量程分度值為0.02A，示數(shù)為0.32A，燈的額定功率P=UI=3.8V×0.32A=1.216W；
（4）要測(cè)定額定電壓為3.8V燈泡的電功率，應(yīng)使燈正常發(fā)光．在沒有電壓表的情況下，電流表和定值電阻應(yīng)起到測(cè)量電壓的作用，應(yīng)將定值電阻與電流串聯(lián)后再與燈并聯(lián)，如下圖2所示：

步驟：當(dāng)只閉合S、S₁時(shí)，通過(guò)移動(dòng)滑片，使電流表示數(shù)為I=$\frac{{U}_{額}}{R}=\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A時(shí)，定值電阻的電壓一定為3.8V，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈的電壓為U_L=3.8V，燈正常發(fā)光；
保持滑片位置不動(dòng)，再斷開S₁，閉合S₂，電路的連接關(guān)系沒有改變，各用電器的電壓沒有改變，燈仍正常工作，記下此時(shí)電流表的示數(shù)I_LR，因通過(guò)定值電阻的電流大小不變，由并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過(guò)燈的電流
I_L=I_LR-0.38A，根據(jù)P_L=U_LI_L可求燈的額定功率．
故答案為：（一）（1）如上圖1所示；
（2）1.5-3；
（二）（1）R=$\frac{U}{I}$；
（2）多次測(cè)量取平均值；
（3）C；
（三）（1）電壓；
（2）B；增大；
（3）1.216；
（4）如上圖2所示．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及電學(xué)中的三個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，考查電路的連接、對(duì)定值電阻電壓的要求、實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)處理方法、影響電阻大小的因素、額定功率的計(jì)算，在沒有電壓表的情況設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)電阻的能力及測(cè)定額定功率的能力，綜合性強(qiáng)，難度大．