Question

一個額定電壓是 6V的小燈泡，其正常工作時通過的電流約為 0.3A．小明想測定這個小燈泡正常發(fā)光時的電阻，實驗室中有如下器材：電流表、電壓表、開關(guān)各一個，三個規(guī)格為“10Ω 1A”．“50Ω  0.5A”和“1kΩ．0.1A”的滑動變阻器，導(dǎo)線若干，
電源（電壓為12V）．
（1）小明設(shè)計了如圖1所示電路圖，通過分析你認(rèn)為小明應(yīng)選用規(guī)格為

 

的滑動變阻器．
（2）圖 2已連接了部分電路．請你根據(jù)圖1所示電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線，將電路連接完整．

（3）小明正確選擇了滑動變阻器，將圖2的電路補充連額，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)光較暗，電流表有示數(shù)，任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數(shù)不變（示數(shù)不為零）且小于6V．具體原因是

 

．
（4）小明排除故障后，繼續(xù)實驗．當(dāng)電壓表的示數(shù)為6V時，電流表的示數(shù)如圖3所示，該小燈泡正常發(fā)光時電阻是

 

Ω．
（5）小明完成上述實驗后，小明發(fā)觀電流表已壞，她利剩余器材和老師又給的一個定值電阻Ro=15Ω兩個開關(guān)S₁、S₂及導(dǎo)線，也完成了對小燈泡正常發(fā)光時電阻的測量．請你在右側(cè)的虛線框內(nèi)畫出小紅完成實驗設(shè)計的電路圖．并寫出實驗步驟及測定小燈泡正常發(fā)光時電阻的表達式．實驗步驟：

 

表達式：R=

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)電源電壓計算出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器兩端的電壓，從而可根據(jù)R=

U

I

計算出滑動變阻器的電阻值，判斷出規(guī)格；
（2）在實驗中，電流表與電阻串聯(lián)，電壓表與電阻并聯(lián)，滑動變阻器要接一上一下；
（3）根據(jù)滑動變阻器滑片移動，電壓表示數(shù)不變，示數(shù)總小于6V進行分析；
（4）根據(jù)圖3讀出電流表的示數(shù)，由R=

U

I

計算出燈泡正常發(fā)光時的電阻；
（5）把燈泡與定值電阻串聯(lián)，應(yīng)用串聯(lián)電路特點及歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時的電流，然后由電阻公式求出燈泡正常發(fā)光時的電阻．

解答：解：（1）當(dāng)燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器的電壓U_滑=U-U_燈=12V-6V=6V；
滑動變阻器的阻值大約為R_滑=

U滑

I

=

6V

0.3A

=20Ω
（2）應(yīng)將電壓表與燈泡并聯(lián)，電流表與燈泡串聯(lián)，滑動變阻器已接了下面一個接線柱，可再接上面任意一個接線柱，如圖所示：

（3）任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數(shù)不變，且此時燈泡發(fā)光較暗，電壓表的示數(shù)始終小于6V，說明滑動變阻器接了下面的兩個接線柱，相當(dāng)于一個定值電阻；
（4）由圖3知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.32A，則R=

U

I

=

6V

0.32A

=18.75Ω；
（5）實驗電路圖如圖所示；

閉合開關(guān)S、S₁，移動滑片使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓6V，使燈泡正常發(fā)光；
保持滑片位置不變，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S₂，讀出電壓表示數(shù)U，則電阻R₀兩端電壓U₀=U-U_L=U-6V；
電路電流I=

U0

R0

=

U-6V

R0

，燈泡正常發(fā)光時的電阻R=

UL

I

=

6V

U-6V R0

=

6V

U-6V

?R0．
故答案為：（1）“50Ω  0.5A”；（2）見上圖；（3）滑動變阻器連到下面兩個接線柱上了；（4）18.75；（5）電路圖：

實驗步驟：①移動滑動變阻器滑片移到最右端，閉合開關(guān)S、S₁，移動滑動變阻器滑片，是電壓表示數(shù)為6V；
②斷開S₁，閉合S₂，讀出電壓表示數(shù)為U；
表達式：R=

6V

U-6V

?R0．

點評：本題主要考查學(xué)生對電學(xué)知識的綜合應(yīng)用，尤其是實驗設(shè)計，這是重點也是難點，在設(shè)計實驗時可參考一下：
（1）沒有電壓表，利用定值電阻和電流表以及其他元件測量電阻的阻值時，一般設(shè)計成并聯(lián)電路，找電壓相等列等式求出被測電阻；
（2）沒有電流表，利用電壓表和定值電阻以及其他元件測量電阻的阻值時，一般設(shè)計成串聯(lián)電路，找電流相等列等式求出被測電阻．