Question

7．小明為測量小燈泡的電阻（電阻約為10Ω），設計了如圖甲所示的電路圖．已知電源電壓恒定，準確值未知，小燈泡的額定電壓為2.5V，滑動變阻器標有“20Ω  1A”字樣．
（1）圖乙是小明根據電路圖連接的實物圖．閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光；經檢查，是由于一根導線連接錯誤．請你在實物圖中連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線．
（2）小明正確連接電路后，閉合開關后，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數，電壓表示數很大，那么該電路出現(xiàn)的故障可能是燈泡斷路．
（3）小明排除故障后，繼續(xù)實驗，測得三組數據，請你幫他設計此實驗的表格．
（4）當小燈泡兩端電壓為2.5V時，燈正常發(fā)光，．通過燈泡的電流如圖丙所示，讀數為0.3A，燈泡正常發(fā)光的電阻為8.3Ω．
（5）在整理器材時，小明發(fā)現(xiàn)電壓表損壞，在不改變電路連接的情況下，利用剩下的：導材還能否測出小燈泡的電阻？（不考慮溫度對燈絲電阻的影響），請你幫他設計實驗電路圖，簡單描述實驗步驟，寫出數學表達式．
實驗步驟：a．把滑片P移到b端，讀出電流表的讀數I₁；
b．把滑片P移到a端，讀出電流表的讀數I₂；
電路圖：
表達式：$\frac{20Ω×{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）根據測量2.5V小燈泡的電阻的電路圖，從電源正極、開關、電流表、滑動變阻器、燈泡、電源負極，電壓表并聯(lián)的燈泡兩端，由此可以判斷燈泡和電流表負接線柱的導線連接錯誤，而是燈泡右端的導線和電源負極連接；
電壓表的電阻很大，在電路中相當于斷路，如圖，電壓表串聯(lián)在電路中，電路相當于斷路，燈泡不亮；
（2）根據電路中燈泡的亮暗和電流表、電壓表有無示數情況，可判斷電路的連接狀態(tài)；
（3）實驗記錄表格的設計應該從方便記錄實驗數據，方便分析實驗結論兩方面考慮；
（4）讀取電流表示數時，首先要明確電流表選擇的量程和對應的分度值，讀數時視線與指針所在刻度線垂直；已知燈泡兩端電壓和通過的電流，利用公式R=$\frac{U}{I}$得到燈絲電阻；
（5）電壓表已壞，只能用電流表測電阻，可把滑動變阻器作為定值電阻使用，要測量燈泡的阻值，可以采用整個滑動變阻器與燈泡串聯(lián)的方式，測出通過電路的電流；
然后使滑動變阻器短路，測出通過燈泡的電流．最后根據電源電壓不變列出方程，求出燈泡的阻值．

解答 解：
（1）由原實物圖知，電壓表與燈泡串聯(lián)在電路中，由于電壓表阻值太大，所以通過燈泡電流非常小，因此燈泡不亮；
測量燈泡電阻的電路圖如圖，從電源正極-開關-電流表-滑動變阻器-燈泡-電源負極，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，所以燈泡和電流表之間導線連接錯誤．
；
（2）燈泡不亮，電流表無示數，說明電路無電流；電壓表有示數且較大，說明電路有電壓且與電壓表串聯(lián)的電路是通路，所以故障原因是燈泡斷路；
（3）此實驗的目的是測量燈泡電阻，采用的方法是伏安法，需要直接測量的物理量有電壓和電流，然后用公式R=$\frac{U}{I}$得到電阻值；同時為研究電阻與溫度的關系，需要改變電阻兩端電壓，進行三次實驗．所以表格設計如下：

實驗次數	U/V	I/A	R/Ω
1
2
3

（4）由圖知，電流表選擇的是0～0.6A量程，對應的分度值為0.02A，此時電流表的示數為I=0.3A，
燈泡正常發(fā)光時的電阻為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω；
（5）實驗電路設計：把滑動變阻器調到最大阻值處，作為定值電阻與燈泡串聯(lián)，測出電路電流；把滑動變阻器滑片移到最小阻值處，使燈泡與電源串聯(lián)，測出電路電流．
①電路圖如圖乙所示．

②主要實驗步驟如下：
a．把滑片P移到b端，讀出電流表的讀數I₁；
b．把滑片P移到a端，讀出電流表的讀數I₂．
③燈泡電阻表達式為R=$\frac{20Ω×{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．
故答案為：
（1）不發(fā)光；實物連接錯誤及改正如上；
（2）燈泡斷路；
（3）表格設計如上；
（4）0.3；8.3；
（5）實驗步驟：a．把滑片P移到b端，讀出電流表的讀數I₁；b．把滑片P移到a端，讀出電流表的讀數I₂．
電路圖設計如上；
表達式：$\frac{20Ω×{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．

點評 此題綜合考查了電路的連接、電路的故障、電流表的讀數、實驗表格的設計和實驗過程的設計，具有代表性；特別是最后一問設計實驗，有一定的難度，需要仔細分析，重點掌握．