Question

12．在“測定小燈泡功率與電阻”的實驗中，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V．
（1）請在圖甲中用筆畫線代替導線，完成電路連接．
（2）連接電路，閉合開關(guān)后，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是燈泡斷路．

（3）排除故障后，在將滑動變阻器的滑片從一端緩慢移到另一端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)U與滑片移動距離x的關(guān)系如圖乙所示，電壓調(diào)節(jié)非常不方便，這是由于選用了A（選填“A”或“B”）滑動變阻器．可供選用的滑動變阻器：
滑動變阻器A（阻值范圍0-500?，滑片行程10cm）；
滑動變阻器B（阻值范圍0-50?，滑片行程10cm）．
（4）換用了另一個滑動變阻器并接通電路后，移動滑片位置，當電壓表的示數(shù)為3.8V時，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則其額定功率為1.9W．
（5）實驗中剛剛測完上述（4）中的一個數(shù)據(jù)，電流表突然損壞了．他們找到了一個阻值為10?的定值電阻和一個單刀雙擲開關(guān)并設(shè)計出電路圖（如圖1），重新進行了測量．請完成以下步驟：

步驟一：S₂與接線柱1接通，閉合S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為3.8V
步驟二：（1分）保持滑動變阻器阻值不變（選填“變大”、“不變”、“變小”），將S₂改與接線柱2接通，讀取電壓表讀數(shù)U_R．
步驟三：斷開S₁、S₂，整理器材．
寫出燈泡額定功率的表達式P=$\frac{0.83{6U}_{R}}{6{-U}_{R}}$．（用已知量和測量量表示）
（6）小剛想在上述實驗的甲圖基礎(chǔ)上，進一步研究“一段電路中的電流跟電路兩端電壓的關(guān)系”，獲得多組燈泡兩端電壓和電流的數(shù)據(jù)之后，發(fā)現(xiàn)電流與電壓不成正比，請指出他的實驗方法的不合理之處燈絲的電阻隨溫度的變化而變化．
（7）小剛又用圖2進行“伏安法測電阻”，如果考慮到電流表本身有一定的電阻（有分壓作用），電壓表本身也有一定的電阻（有分流作用），則測量值比真實值偏�。ㄟx填“偏大”、“偏小”或“相同”）；如果電壓表和電流表的讀數(shù)分別為U和I，而它們自身電阻分別為R_v和R_A，則R_x更準確的表達式為R_x=$\frac{{R}_{V}}{{IR}_{V}-U}$×U．（數(shù)學表達式用已知字母表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，且并聯(lián)在燈泡兩端，滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（2）電壓表有示數(shù)說明電壓表與電源之間是通路，燈泡不亮、電流表指針幾乎不動說明電路斷路，則電壓表并聯(lián)部分斷路；
（3）由圖乙可知滑片移動時燈泡兩端電壓的變化，確定選用的滑動變阻器的規(guī)格；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出丙圖的示數(shù)；根據(jù)P=UI求燈的功率；
（5）根據(jù)串聯(lián)電路的電流的特點和歐姆定律由變阻器連入電路中的電阻不變列方程求出電路中的電流即為燈泡的額定電流，利用P=UI表示出燈泡的額定功率；
（6）燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；
（7）根據(jù)分流原理和并聯(lián)電路電流求出通過待測電阻的電流，根據(jù)歐姆定律求待測電阻大�。�

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為3.8V，則電壓表的量程為0～15V，且與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器的任意上方接線柱與燈泡串聯(lián)，如下圖所示：

（2）連接電路，閉合開關(guān)后，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動，說明電壓表并聯(lián)部分斷路，可能是燈泡斷路；
（3）由圖乙可知，滑片移動時燈泡兩端電壓的變化開始很不明顯，說明滑動變阻器選擇最大的阻值較大，選擇的是A；
（4）由實物電路圖可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，則丙圖中電流表的示數(shù)為0.5A；
燈的功率P=UI=3.8V×0.5A=1.9W；
（5）實驗步驟：①電路圖如圖所示．
②步驟一：S₂與接線柱1接通，閉合S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為3.8V．
步驟二：保持滑動變阻器阻值不變，將S₂改與接線柱2接通，讀取電壓表讀數(shù)U_R．
步驟三：斷開S₁、S₂，整理器材．
③在步驟一中，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合歐姆定律I=$\frac{U}{R}$的變形公式，連入電路的電阻為：
R_滑=$\frac{U{-U}_{額定}}{I}=\frac{6V-3.8V}{I}$--------①，
在步驟三中，變阻器的電壓U_滑=6V-U_R，通過的電流I′=$\frac{{U}_{R}}{{R}_{0}}$，變阻器連入電路中電阻為：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I′}$=$\frac{6V{-U}_{R}}{\frac{{U}_{R}}{{R}_{0}}}$-------②
由①②得：燈的額定電流：I=$\frac{0.2{2U}_{R}}{6{-U}_{R}}$．
小燈泡的額定功率為：
P=UI=3.8V×$\frac{0.2{2U}_{R}}{6{-U}_{R}}$=$\frac{0.83{6U}_{R}}{6{-U}_{R}}$；
（6）研究一段電路中的電流跟電路兩端電壓的關(guān)系時要控制電阻不變，而燈絲的電阻隨溫度的變化而變化，是他的實驗方法的不合理之處；
（7）圖2中，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，電流表示數(shù)大于實驗通過待測電阻的電流，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$，所測電阻偏��；
根據(jù)分流原理：
$\frac{{R}_{V}}{{R}_{X}}=\frac{{I}_{X}}{{I}_{V}}$--------③
根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，I=I_X+I_V-------④
待測電阻R_X=$\frac{U}{{I}_{X}}$------⑤
由③④⑤得：
R_X=$\frac{{R}_{V}}{{IR}_{V}-U}$×U．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）A；（4）1.9；（5）3.8；不變；$\frac{0.83{6U}_{R}}{6{-U}_{R}}$；
（6）燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；（7）偏�。籖_x=$\frac{{R}_{V}}{{IR}_{V}-U}$×U．

點評 本題考查了測定小燈泡額定功率的實驗，涉及到實物電路圖的連接、電路故障的判斷、滑動變阻器規(guī)格的選擇、電流表的讀數(shù)以及實驗的設(shè)計和誤差的分析等，涉及到的知識點較多，綜合性強，平時注意多積累相關(guān)知識、多總結(jié)解題方法．