Question

15．小麗同學在測量小燈泡電阻的實驗中，電源電壓為4.5V，小燈泡的額定電壓為2.5V，小燈泡正常發(fā)光時的電阻約為10Ω．

（1）請你幫她用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物圖連接完整．要求：當滑片向左移動時，連入電路的電阻變大；連線不得交叉．
（2）閉合開關，移動滑動變阻器滑片，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，則故障的原因為：燈泡短路．
（3）小麗同學繼續(xù)移動滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成如圖乙所示的I-U關系圖象．根據(jù)圖象，可知燈泡的電阻是變化（選填“變化”或“不變”）；你認為出現(xiàn)這樣現(xiàn)象的原因是：溫度對燈絲電阻的影響．
（4）假如實驗過程發(fā)現(xiàn)電流表壞了，小麗向老師要了一個已知阻值為R₀的定值電阻和一個單刀雙擲開關，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設計了如圖丙所示的實驗電路圖，測出了小燈泡的正常發(fā)光時的電阻，請你幫她完成下列實驗步驟：
①連接好實驗電路，閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點2（選填“1”或“2”），移動滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
②保持滑片位置不動，再次將開關S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”），讀出電壓表的示數(shù)為U．
③小燈泡正常發(fā)光時電阻的表達式為：R_燈=$\frac{2.5V}{U-2.5V}$R₀（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡正常發(fā)光時的電流確定電流表量程，根據(jù)題目要求確定滑動變阻器的接法，把電流表、滑動變阻器串聯(lián)接入電路．
（2）燈泡不發(fā)光，可能發(fā)生短路或斷路，根據(jù)電流表和電壓表的示數(shù)判斷具體原因；
（3）根據(jù)燈絲電阻與溫度的關系進行分析；
（4）由丙圖可知：沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于2.5V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$計算出燈泡的電阻值．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時電流約為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，則電流表選0～0.6A量程，當滑動變阻器的滑片向左移動時，連入電路的電阻變大，則滑動變阻器應接右下接線柱B，把電流表、滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電路圖如圖所示：
．
（2）移動滑動變阻器滑片，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，則可能與燈泡并聯(lián)的燈泡短路或電壓表短路；
（3）由于燈絲電阻隨溫度的升高而增大，所以電流與電壓不成正比；
（4）①燈泡的額定電壓為2.5V，閉合開關S₁、S₂接2，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為2.5V，燈泡正常發(fā)光；
②保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)U．
③通過燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，
燈泡的電阻：R=$\frac{{U}_{額}}{I}$=$\frac{2.5V}{\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}}$=$\frac{2.5V}{U-2.5V}$R₀．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡短路（或電壓表短路）；（3）變化；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；（4）①2；2.5；②1；③$\frac{2.5V}{U-2.5V}$R₀．

點評 本題考查了連接實物電路圖、實驗故障分析、實驗操作、燈絲電阻與溫度的關系等，最后一問：實驗設計是本題的難點，知道實驗原理、應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題．