Question

20．小明利用如圖甲所示電路測(cè)定小燈泡的電阻．被測(cè)小燈泡正常發(fā)光電壓為2.5V，電阻約為10Ω左右．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V0～15V）、開關(guān)各一個(gè)、導(dǎo)線若干、滑動(dòng)變阻器三只：R₁（20Ω0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．
（1）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖乙所示，則接下來的操作是換用電流表大量程．正確連接電路閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數(shù)接近6V，電流表示數(shù)幾乎為0，電路的故障可能是燈泡斷路．
（2）排除電路故障后，閉合開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測(cè)量，小明畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象（如圖丙），則小燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻為10Ω．在多次測(cè)量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí)，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大．（選填“變大”、“變小”或“不變”）．這種現(xiàn)象在生活中也有體現(xiàn)，例如家里的白熾燈在剛開燈的瞬間，燈絲容易燒斷（選填“容易”或“不容易”）．
（3）小明又取了一個(gè)規(guī)格、型號(hào)完全相同的舊燈泡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在額定電壓下工作時(shí)，燈泡亮度明顯偏暗，小明仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)這只燈泡的玻璃內(nèi)壁變黑．燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時(shí)發(fā)生升華（選填物態(tài)變化名稱）而變細(xì)，從而導(dǎo)致電阻變大（變大/變�。�．
（4）燈泡的電阻測(cè)量完畢，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻更換電路中的燈泡，探究電流跟電阻的關(guān)系，得到如圖丁所示的電流I隨電阻R變化的圖象，則小明應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器R₂（選填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．若某次實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器連入的阻值為14Ω，則所選定值電阻的阻值為10Ω．

Answer 1

分析 （1）由圖乙知，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度太小分析回答；若電流表示數(shù)為0，燈不亮，說明電路可能斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的電阻斷路了
（2）已知燈泡的額定電壓，通過圖象得到額定電壓下的電流，利用歐姆歐姆定律求電阻；
根據(jù)影響電阻大小的因素，結(jié)合歐姆定律回答；剛開燈時(shí)溫度低，電阻小，電流大；
（3）①物質(zhì)由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過程叫升華；②根據(jù)影響電阻大小的因素分析．
（4）①在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，要改變接入電路的電阻阻值大小，但不同阻值的電阻兩端電壓不變；
②串聯(lián)電路中用電器兩端電壓與其阻值成正比，由圖象可得電阻兩端電壓，已知電源電壓和電阻兩端電壓，可以得到滑動(dòng)變阻器兩端電壓，根據(jù)串聯(lián)電路用電器兩端電壓與電阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到定值電阻的阻值．

解答 解：（1）電流表指針偏轉(zhuǎn)角度太小，說明電流表量程選大了；
經(jīng)分析，正確連接電路閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數(shù)接近6V，電流表示數(shù)幾乎為0，電路的故障可能是燈泡斷路；
（2）由圖象知，在額定電壓下，通過燈泡的電流為I=0.25A，所以燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí)，通過燈的電流增大，根據(jù)P=UI燈的功率增大，因燈絲的電阻隨溫度的升高變大，電壓表與電流表的示數(shù)之比為電阻，也變大；例如家里的白熾燈在剛開燈的瞬間，溫度低，電阻小，則通過的電流較大，燈絲容易燒斷；
（3）燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時(shí)溫度很高，鎢絲由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)發(fā)生升華現(xiàn)象而變細(xì)；
燈絲變細(xì)，電阻增大；
（4）①由圖象知，由歐姆定律，不同阻值的電阻兩端電壓等于U=IR=0.5A×5Ω=0.25A×10Ω=…=2.5V
假設(shè)選擇25Ω的定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，由$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}=\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$知，要保持定值電阻兩端電壓為2.5V不變，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為35Ω，所以滑動(dòng)變阻器選擇“50Ω 0.5A”，即選擇滑動(dòng)變阻器R₂；
②滑動(dòng)變阻器兩端電壓為U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V
由串聯(lián)電路的分壓原理$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}=\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
代入數(shù)值得$\frac{2.5V}{3.5V}=\frac{{R}_{1}}{14Ω}$，
解得R₁=10Ω，即選擇的定值電阻阻值為10Ω．
故答案為：（1）換用電流表大量程；燈泡斷路；（2）10；變大；容易；（3）升華；變大；（4）R₂；10Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)定小燈泡的電阻，考查實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、故障分析、電阻的計(jì)算，影響電阻大小的因素，物態(tài)變化，器材的選擇等知識(shí)，綜合性較強(qiáng)．