Question

16．在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，小明連接了如圖甲所示的實驗電路，其中電源電壓為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V．
（1）變化開關(guān)后，方向小燈泡不亮，電流表、電壓表都沒有示數(shù)．小明可確定電路的接線良好，且電表和電源都完好．他猜想電流的故障可能是：
①小燈泡斷路；②開關(guān)斷路；③滑動變阻器斷路．
假如故障只有一處，你認(rèn)為其中猜想①是不可能的．
為了盡快查處故障原因，小明將導(dǎo)線A端拆下，把它改接在B點的接線柱行，發(fā)現(xiàn)電流表、電壓表都有示數(shù)，則猜想②正確．
（2）排除故障后閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器的滑片，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為0.75W．
（3）小明和同學(xué)們還想測量一個定值電阻R_x的阻值，但發(fā)現(xiàn)電流表出現(xiàn)了故障，無法使用，于是他們又找來了一個已知電阻R₀，一個單刀雙擲開關(guān)．分別設(shè)計了如圖所示丙、丁的兩個電路．為了測出R_x的阻值，你認(rèn)為應(yīng)選擇圖丁（選填“丙”或“丁”）所示的電路圖．
在選擇了正確的電路圖并連接好了實物后，小明和同學(xué)們開始測量電阻Rx的阻值．
先將單刀雙擲開關(guān)打到“1”上，記下電壓表的示數(shù)U₁；
再將單刀雙擲開關(guān)打到“2”上，記下電壓表的示數(shù)U₂；
請寫出用測量的物理量計算R_x的表達式：R_x=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）掌握斷路和短路的特點：斷路電路中無電流，通電器不工作，斷開處的電壓等于電源電壓；短路的用電器不工作，兩端電壓為零，電路中仍有電流；
（2）確定電流表的量程和分度值，讀出電流值，根據(jù)P=UI計算出其電功率的值；
（3）①根據(jù)電壓表的使用情況即可判斷電路圖的可用性；
②在沒有電流表的情況下，利用定值電阻R₀和電壓表代替電流表與電阻串聯(lián)，分別測出電源電壓和電阻R_x兩端的電壓，先根據(jù)歐姆定律求出電路電流，再利用歐姆定律求出總電阻，根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律求出待測電阻R_x．

解答 解：
（1）若小燈泡斷路，則電壓表的示數(shù)等于電源電壓，猜想①錯誤；若開關(guān)斷路，則電流表、電壓表都無示數(shù)，燈泡不亮，所以猜想②符合條件；若滑動變阻器斷路，則電流表、電壓表都無示數(shù)，燈泡不亮，所以猜想③也符合條件；
將A端拆下，把它接在B點的接線柱上，若電流表、電壓表都有示數(shù)，則說明開關(guān)斷路，猜想②正確；
（2）由圖知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，所以P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（3）①丙圖中S與1連接，電壓表測量R_x兩端電壓，當(dāng)S與2連接，測量電源的電壓時電壓表的正負(fù)接線柱沒有更換過來，會引起電壓表的指針反轉(zhuǎn)，故丙圖不能使用，應(yīng)選擇丁圖．
②丁圖中S與1連接，電路中只有R_x，電壓表測量電源的電壓，則電源電壓為U₁，
S與2連接，R₀與R_x串聯(lián)，電壓表測量R_x兩端電壓，則R_x兩端電壓為U₂，
根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和可得：
則R₀兩端電壓U₀=U₁-U₂，
電路中的電流I=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$，
由歐姆定律可得：待測電阻R_x=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{{U}_{2}}{\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}}$=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．
故答案為：（1）①；②；（2）；③0.75；（3）丁；$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．

點評 本題是“測量小燈泡電功率”的實驗，考查了電流表、電壓表及滑動變阻器的連接方法和電路故障的分析，同時考查了電流表的讀數(shù)及額定功率的計算，注意此實驗的目的及結(jié)論．