Question

12．某課外實驗小組的同學(xué)想測出家用手電筒的燈泡正常工作時的電阻，實驗器材有：電源（電壓4.5V）、開關(guān)、電壓表、電流表各一個，導(dǎo)線若干，額定電壓為2.5V的待測手電筒燈泡（電阻約為7Ω），滑動變阻器兩個（A：“5Ω  2A”；B：“20Ω  0.5A”）．

（1）該實驗的實驗原理是R=$\frac{U}{I}$；實驗中，應(yīng)選用的滑動變阻器是B（選填“A”或“B”）；
（2）如圖甲所示是實驗電路圖，請用筆畫線代替導(dǎo)線，將實驗電路連接完整（要求：滑動變阻器的滑片向右移動時，小燈泡亮度變暗）．
（3）該組同學(xué)連接完電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表、電壓表示數(shù)均很小，怎樣移動滑片都不起作用，導(dǎo)致該故障的原因是將變阻器的下面兩個接線柱連入了電路．
（4）排除故障后，移動滑動變阻器的滑片，若某時刻電壓表的示數(shù)如圖乙所示，此時小燈泡兩端電壓為2V；為了測定小燈泡正常工作時的電阻，應(yīng)將滑動變阻器的滑片向A（選填“A”或“B”）移動．
（5）如圖丙所示是根據(jù)記錄的實驗數(shù)據(jù)畫出的小燈泡兩端的電壓與通過其的電流的關(guān)系圖象．從圖象可知，小燈泡正常工作時小燈泡的電阻是10Ω．
（6）該組同學(xué)完成實驗后，又想測量一個額定電壓為3.8V的小燈泡正常發(fā)光時的電阻，在檢查器材時發(fā)現(xiàn)電壓表0～15V量程已經(jīng)損壞，0～3V量程還可以正常使用，在不添加器材的情況下，請幫該組同學(xué)提供一個合理的解決方案：
將電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端，移動變阻器滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時，記下電流表示數(shù)I′，根據(jù)歐姆定律求燈正常發(fā)光的電阻大�。�．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)歐姆定律求出燈的額定電流，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律求出變阻器連入電路中的電阻，確定變阻器的規(guī)格；
（2）根據(jù)滑動變阻器的滑片向右移動時，小燈泡亮度變暗確定變阻器的連接；
（3）閉合開關(guān)，電流表、電壓表示數(shù)均很小，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，說明電路為通路且燈的電壓和通過的電流很小，電路中的電阻較大，怎樣移動滑片都不起作用，據(jù)此分析導(dǎo)致該故障的原因；
（4）根據(jù)圖中電壓表選用的量程讀數(shù)，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定變阻器滑片移動的方向；
（5）由小燈泡兩端的電壓與通過其的電流的關(guān)系圖象，找到額定電壓下的電流，根據(jù)歐姆定律求電阻大�。�
（6）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，當(dāng)額定電壓為3.8V的小燈泡正常發(fā)光時，可求得變阻器分得的電壓，據(jù)此分析回答．

解答 解：（1）該實驗的實驗原理：R=$\frac{U}{I}$；
電源電壓4.5V，額定電壓為2.5V的燈泡，電阻約為7Ω，正常發(fā)光時的電流大小約為：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{7Ω}$≈0.36A＜0.5A，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓U_滑=U_源-U=6V-2.5V=3.5V，根據(jù)歐姆定律的變形公式，變阻器連入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{\frac{2.5V}{7Ω}}$=9.8Ω＞5Ω，故選用“20Ω 0.5A”的B變阻器；
（2）滑動變阻器的滑片向右移動時，小燈泡亮度變暗，即電流變小，電阻變大，故滑片右邊電阻絲連入電路中，如下所示：

（3）該組同學(xué)連接完電路后，閉合開關(guān)，電流表、電壓表示數(shù)均很小，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，說明電路為通路且燈的電壓和通過的電流很小，電路中的電阻較大，怎樣移動滑片都不起作用，導(dǎo)致該故障的原因是：將變阻器的下面兩個接線柱連入了電路；
（4）排除故障后，移動滑動變阻器的滑片，若某時刻電壓表的示數(shù)如圖乙所示，圖中電壓表選用小量程，分度值為0.1V，此時小燈泡兩端電壓為2V；燈在額定電壓2.5V時正常發(fā)光，向增大燈的電壓，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律應(yīng)減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小變阻器的電阻，故將滑動變阻器的滑片向A移動；
（5）根據(jù)記錄的實驗數(shù)據(jù)畫出的小燈泡兩端的電壓與通過其的電流的關(guān)系圖象可知，燈的電壓為2.5V時，通過的電流為0.25A，小燈泡正常工作時小燈泡的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}=\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（6）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，當(dāng)額定電壓為3.8V的小燈泡正常發(fā)光時，變阻器分得的電壓：
U′滑=U-U′_L=6V-3.8V=2.2V＜3V，
故可將電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端．移動變阻器滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時，記下電流表示數(shù)I′，根據(jù)歐姆定律求燈正常發(fā)光的電阻大�。�
故答案為：（1）R=$\frac{U}{I}$；B；（2）如上所示；（3）將變阻器的下面兩個接線柱連入了電路；（4）2；A；
（5）10；（6）將電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端，移動變阻器滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時，記下電流表示數(shù)I′，根據(jù)歐姆定律求燈正常發(fā)光的電阻大�。�

點評 本題燈泡正常工作時的電阻，考查實驗原理、器材的選擇、電路的連接、反�，F(xiàn)象的分析、操作過程、電阻計算及設(shè)計實驗方案的能力．