Question

3．小明為測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻（阻值約為10Ω），設(shè)計了圖甲所示的電路圖．已知電源電壓為6V，燈泡的額定電壓為3.8V，滑動變阻器標有“20Ω　1A”字樣．
（1）圖乙是小明根據(jù)電路圖連接的實物圖．閉合開關(guān)后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光，經(jīng)檢查，是由于一根導(dǎo)線連接錯誤．請你在實物圖中連接錯誤的導(dǎo)線上打“×”并補畫出正確的連線；
（2）若電壓表0～15V的量程損壞，為完成實驗，請你使用原有器材重新設(shè)計一個串聯(lián)電路，并將設(shè)計的電路圖畫在上面的虛線框內(nèi)；
（3）根據(jù)你的設(shè)計重新連接電路進行實驗．閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為2.2V，小燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)為0.4A，則小燈泡的電阻是9.5Ω；
（4）小聰也進行了實驗但沒用電壓表也沒有另加其它器材．請畫出設(shè)計的電路圖，并寫出測量步驟及表達式．

Answer 1

分析 （1）電壓表應(yīng)與小燈泡并聯(lián)，由圖2可知，電壓表串聯(lián)接入電路，電路斷路，閉合開關(guān)燈泡不發(fā)光，電壓表連線錯誤，把燈泡右端接線柱與電壓表負極相連即可．
（2）電壓表0～15V量程損壞，只能使用0～3V量程，燈泡正常發(fā)光時燈泡電壓是3.8V＞3V，此時滑動變阻器兩端電壓是6V-3.8V=2.2V，因此電壓表不能測燈泡兩端電壓，可用電壓表測滑動變阻器兩端電壓，據(jù)此設(shè)計實驗電路圖．
（3）當滑動變阻器兩端電壓為2.2V時，燈泡兩端電壓剛好為額定電壓3.8V，燈泡正常發(fā)光，根據(jù)歐姆定律的變形公式即可求出此時燈絲的電阻．
（4）利用開關(guān)的斷開和閉合，先后測出燈泡正常工作時的電流和只有變阻器時的電流，據(jù)此設(shè)計電路，利用歐姆定律和電阻的串聯(lián)求出阻值．

解答 解：（1）由圖乙可知，電壓表與燈泡串聯(lián)接入電路，使電路斷路，閉合開關(guān)后，燈泡不會發(fā)光；把燈泡右端接線柱與電壓表負極相連，如圖所示：

（2）將電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，測滑動變阻器兩端電壓，當電壓表示數(shù)為6V-3.8V=2.2V時，燈泡兩端電壓等于其額定電壓，燈泡正常發(fā)光，電路如圖所示：

（3）當滑動變阻器兩端電壓為2.2V時，燈泡兩端電壓剛好為額定電壓3.8V，燈泡正常發(fā)光；
由I=$\frac{U}{R}$可知，燈絲此時的電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.4A}$=9.5Ω；
（4）使滑動變阻器以及燈泡串聯(lián)，電流表測量電路電流，開關(guān)與燈泡并聯(lián)；如圖所示：

①當開關(guān)斷開時，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.4A；
②不移動滑片的位置，閉合開關(guān)，讀出電流表示數(shù)I；
③由I=$\frac{U}{R}$可知，滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{I}$；
開關(guān)閉合時，滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=0.4A×R_滑=0.4A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{2.4}{I}$V；
燈泡兩端電壓：U_燈=U-U_滑=6V-$\frac{2.4}{I}$V；
燈泡額定功率：P=I_燈U_燈=0.4A×（6V-$\frac{2.4}{I}$V）=$\frac{2.4V（I-0.4A）}{I}$．
故答案為：（1）不發(fā)光；（3）2.2；9.5；器的阻值應(yīng)大于5Ω，故選擇20Ω  1A的變阻器；
（4）①當開關(guān)斷開時，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.4A；
②不移動滑片的位置，閉合開關(guān)，讀出電流表示數(shù)I；
③由I=$\frac{U}{R}$可知，滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{I}$；
開關(guān)閉合時，滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=0.4A×R_滑=0.4A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{2.4}{I}$V；
燈泡兩端電壓：U_燈=U-U_滑=6V-$\frac{2.4}{I}$V；
燈泡額定功率：P=I_燈U_燈=0.4A×（6V-$\frac{2.4}{I}$V）=$\frac{2.4V（I-0.4A）}{I}$．

點評 本題考查了實物圖的連接，電路圖的設(shè)計、歐姆定律的應(yīng)用、功率的計算以及實驗步驟的設(shè)計等問題，最后一問設(shè)計實驗電路、實驗步驟難度較大，是本題的難點．