Question

8．在“電阻的測量”實驗中甲組同學(xué)測量額定電壓為2.5V小燈泡的電阻．

（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線，將如圖1所示的實驗電路未連接部分連接好（連線不得交叉）．閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)置于a（選填“a”或“b”）端．
（2）根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標紙上繪制出了通過小燈泡的電流隨其兩端電壓變化關(guān)系的圖象（如圖2所示）．分析圖象可知，小燈泡正常工作時的燈絲電阻為10Ω．
（3）從圖象看，小燈泡燈絲的電阻隨電壓的增大逐漸變大（填“變大”或“變小”），
從物理學(xué)角度分析，造成這一現(xiàn)象的原因是燈絲電阻隨溫度的升高而增大．
乙組同學(xué)測量定值電阻R_x的阻值，老師提供了以下器材：待測電阻R_x、已知阻值的定值電阻R₀一個、電壓不變但電壓值未知的電源一個、電流表一只、開關(guān)兩個、導(dǎo)線若干．從中選擇器材按下述要求完成實驗．
（4）將所設(shè)計的電路圖畫在圖3方框內(nèi)；
（5）寫出待測電阻R_x的表達式：R_x=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，電壓表與燈泡并聯(lián)．由圖象上的電流值，確定電流表的量程，電流表與燈泡串聯(lián)；閉合開關(guān)前，滑片處于最大阻值處；
（2）由圖象知，燈泡正常發(fā)光時的電流和電壓，由歐姆定律計算正常發(fā)光時燈絲電阻；
（3）導(dǎo)體電阻跟導(dǎo)體長度、橫截面積、材料、溫度有關(guān)．從電阻大小影響因素來考慮；
（4）利用伏安法測電阻，需用到電流表和電壓表，在此實驗中，沒有電壓表，但給出了一個電流表和已知電阻，所以電流表和已知電阻可替代電壓表的作用，因此實驗中可將兩個電阻并聯(lián)．即可直接測得電流也可間接測得電壓．由此設(shè)計電路；
（5）由電路特點和歐姆定律得到R_x的表達式．

解答 解：
（1）由圖象知，燈泡正常發(fā)光時電路0.25A，電流表選擇0～0.6A量程，電流表與燈泡串聯(lián)．
燈泡額定電壓為2.5V，電壓表選擇0～3V量程，電壓表與燈泡并聯(lián)，如圖：
，
為了保護電路，閉合開關(guān)前，滑片處于a端，使滑動變阻器連入電路的阻值最大；
（2）燈泡正常發(fā)光時電壓2.5V，由圖象知此時燈泡電流0.25A，
由歐姆定律可得此時燈泡電阻：R_L=$\frac{{U}_{額}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（3）由圖象知，燈泡兩端電壓變化比電流變化大，所以燈泡電阻隨電壓的增大逐漸變大；
因為燈絲的長度、橫截面積、材料不變，電壓增大，溫度升高，電阻增大，所以燈絲電阻隨溫度升高而增大．
（4）根據(jù)分析設(shè)計電路圖如圖：
，
（5）實驗步驟：
①按電路圖連接電路．
②閉合開關(guān)S₁，斷開開關(guān)S₂，讀出此時電流表的示數(shù)I₁．
③閉合開關(guān)S₂，斷開開關(guān)S₁，讀出此時電流表的示數(shù)I₂．
實驗由②知，測電阻R_x兩端的電壓U_x=U₀=I₁R₀
所以：R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$．
故答案為：（1）見上圖； a；
（2）10；
（3）變大；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
（4）見上圖；
（5）$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$．

點評 本題是測燈泡電阻的實驗，考查了實物連接、電阻的計算以及特殊方法測電阻的實驗設(shè)計等．在實驗中用一個定值電阻和一塊電流表代替了電壓表，設(shè)計實驗的宗旨就是怎樣能間接地測出電阻兩端的電壓．