Question

8．小軍用如圖所示的電路探究“通過導體的電流與導體兩端電壓的關系”

（1）小軍連接的電路有一處錯誤，請只改動一根導線，使電路連接正確（在應改動的導線上打“×”，用筆畫線代替導線畫出正確的接法）．
（2）小軍改正錯誤后，閉合開關，發(fā)現電壓表無示數，電流表有示數，電路可能的故障是電阻R短路（或電壓表斷路）．
（3）圖乙時他解決故障后某次實驗的電流表和電壓表示數，則小軍選擇的定值電阻是10Ω，若使電壓表的示數變大，小軍應將滑動變阻器的滑片向右（選填“左”或“右”）移動．
（4）小軍看到實驗桌上有一個額定電壓為U的小燈泡，他想挑戰(zhàn)只用一只電流表測量該小燈泡的額定功率．小軍又找來一個已知阻值為定值電阻R₀和兩個開關S₁，S₂．設計了如圖丙所示的電路圖，請補全小軍的實驗步驟．
①只閉合開關S和S₂，調節(jié)滑動變阻器的滑片：使電流表的示數$\frac{U}{{R}_{0}}$．
②只讀閉合開關S和S₁（選填“S₁”或“S₂”），保持滑動變阻器的滑片位置不變，讀出此時電流表的示數為I；
③則小燈泡的額定功率的表達式為：P_額=UI-$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）圖甲中電壓表測電源電壓是錯誤的，應測電阻電壓；
（2）電流表有示數，說明電路為通路，根據電壓表無示數，分析判斷電路可能的故障是；
（3）根據圖中電表選用的小量程確定分度值讀數，根據歐姆定律求電阻大�。桓鶕�分壓原理和串聯電路電壓的規(guī)律確定使電壓表示數變大滑片移動的方向；
（4）測量該小燈泡的額定功率應先使燈正常發(fā)光，在沒有電壓表的情況下，電流表與定值電阻應起到電壓表的作用，故將定值電阻與電流表串聯后與燈并聯，通過移動滑片的位置，使電流示數應為I₀=$\frac{U}{{R}_{0}}$；
保持滑片的位置不動，再通過開關的轉換，使電流表測燈與定值電阻的并聯的電流，因各電阻大小和電壓不變，燈仍正常發(fā)光，故通過定值電阻的電流不變，根據并聯電路的電流特點得出燈泡發(fā)光時的電流值，根據P=UI得出電功率的表達式．

解答 解：（1）圖甲中電壓表測電源電壓是錯誤的，應測電阻電壓，如下所示：

（2）小軍改止錯誤后，閉合開關，電流表有示數，說明電路為通路，發(fā)現電壓表無示數，電路可能的故障是：電阻R短路（或電壓表斷路）；．
（3）圖乙時他解決故障后某次實驗的電流表和電壓表示數，電壓表選用小量程，分度值為0.1V，示數為2.4V，電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數為0.24A，由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，則小軍選擇的定值電阻是：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.4V}{0.24A}$=10Ω；
若使電壓表的示數變大，根據串聯電路電壓的規(guī)律，應減小變阻器的電壓，由分壓原理，要減小變阻器連入電路中的電阻大小，故小軍應將滑動變阻器的滑片向右移動；
（4）①首先只閉合S和S₂，調節(jié)滑動變阻器的滑片：使電流表的示數為為$\frac{U}{{R}_{0}}$；
②只閉合開關S和S₁，保持滑動變阻器的滑片位置不變，讀出此時電流表的示數為I；
③在①中，定值電阻與燈泡并聯，燈泡正常發(fā)光時，定值電阻兩端電壓為U，所以此時電流表測量通過定值電阻的電流表示數應為I₀=$\frac{U}{{R}_{0}}$，所以當電流表的示數為$\frac{U}{{R}_{0}}$時燈泡正常發(fā)光；
在②中，燈與定值電阻并聯，此時電流表測量干路電流，則可知燈泡的額定電流：
I_額=I-I₀=I-$\frac{U}{{R}_{0}}$；
燈泡的額定功率：
P_額=U_額I_額=U×（I-$\frac{U}{{R}_{0}}$）=UI-$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）如上所示；（2）電阻R短路（或電壓表斷路）；（3）10；右；（4）①$\frac{U}{{R}_{0}}$；②S₁；  ③UI-$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$．

點評 本題探究通過導體的電流與導體兩端電壓的關系，考查電路的連接、故障的分析、電表讀數、電阻計算及變化電路的分析，同時也考查了在沒有電壓表的情況下設計實驗方案測電功率的能力，難度較大．