Question

5．小明在拆裝手電筒時，發(fā)現手電筒的小燈泡上標有“3.8V”的字樣，但上面的電流值已經模糊不清，他想通過實驗測量該燈泡正常發(fā)光時的電功率，圖1甲為他所連的實驗電路．
（1）經檢查發(fā)現電路接線有錯誤，小雨只做了一處改動就閉合開關進行實驗．請在他接錯的導線上打上“×”，并改正．
（2）電路連接正確后好，閉合開關后，發(fā)現燈泡不發(fā)光，電流表無示數，但電壓表示數接近電源電壓，則產生此故障的原因可能是燈泡處斷路．
（3）排除故障后繼續(xù)實驗時，小雨移動滑動變阻器的滑片，當電壓表的示數為3.8V 時，電流表的示數如圖1乙所示．則該小燈泡的額定電流為0.3A，正常發(fā)光時的功率為1.14W．

（4）在此實驗的基礎上，老師又出示了電阻R_x（大約1000歐），提問能否用上述方法進行測量該電阻的阻值．同學們分析得出上述方案不行，原因是：阻值太大，電流太小，無法測出．
（5）接著，小明與其他同學經過討論，通過增加一電阻箱R（0～9999Ω 5A）、定值電阻R₀（200Ω 2A）、單刀雙擲開關等器材，設計出了如圖2所示的方案，實驗按下列步驟進行，請將有關步驟填寫完整，并回答相關問題．
①第一步：按電路圖正確連接電路．
②第二步：將開關S撥到a，記下電壓表示數為U₀．
③第三步：將開關S撥到b，調節(jié)電阻箱，使得電壓表示數為U₀．
④讀出電阻箱的阻值大小，該阻值大小就是R_x的大�。�此方案所涉及的思想方法是等效替代法．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器依靠改變接入電路的電阻線的長度改變電阻，連接方法是“一上一下”；
為使小燈泡正常發(fā)光，電源電壓必須大于或等于小燈泡的額定電壓；
（2）電壓表有示數，說明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無示數，說明電路斷路，據此分析故障的可能原因．
（3）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；已知燈泡額定電壓和正常工作的電流，利用公式P=UI計算燈泡功率；
（4）在電源電壓一定時，通過導體的電流隨導體電阻的增大而減小，如果電路電流太小，電流表無法測量或測量誤差太大，距此分析能否測待測電阻阻值；
（5）由圖知，開關分別接a或b時，待測電阻與電阻箱分別與定值電阻串聯，當待測電阻阻值與電阻箱阻值相等時，電壓表示數相等，據此分析步驟；
阻值特別大的電阻Rx與滑動變阻器如果串聯，由于電壓與電阻成正比，電源電壓基本都加在了電阻Rx兩端，用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動變阻器，可以使電壓分配更合理，更便于測量．

解答 解：
（1）由實物圖知，滑動變阻器上面的兩個接線柱同時接入了電路，此時移動滑片，不能改變電路電流，必須要“一上一下”選擇接線柱；如下圖．

（2）燈泡不發(fā)光，電流表無示數，說明某處發(fā)生了斷路，電壓表示數接近電源電壓，說明與電壓表并聯的燈泡出現了斷路．
（3）電流表選擇的是0～0.6A量程，小燈泡正常工作的電流為I=0.3A，燈泡額定電壓為U=3.8V，所以燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）電流與電阻成反比，電阻越大，電流越小，由于電阻R_X阻值太大，接入電路后，電路電流太小，無法測出電流；
設計電路如圖2所示，實驗步驟：
①第一步：按電路圖正確連接電路．
②第二步：將開關S撥到a，記下電壓表示數為U₀．
③第三步：將開關S撥到b，調節(jié)電阻箱，使得電壓表示數為U₀．讀出電阻箱的阻值大小，該阻值大小就是R_x的大�。�
④用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動變阻器，應用的是探究實驗的基本方法之一：等效替換法．
故答案為：
（1）電路圖如上；
（2）燈泡處斷路；
（3）0.3；1.14；     
（4）電流太小，無法精確測量；                         
（5）③電阻箱；U₀；④等效替代法．

點評 本題考查了電路連接、電路故障分析、電流表讀數、燈泡功率、實驗步驟的設計和評估；涉及到的知識點較多，綜合性較強；第（5）題體現了研究物理問題的基本方法----等效替換法，要熟練掌握．