Question

在“測定小燈泡電阻”的實驗中，提供如下實驗器材：
A．待測小燈泡（2.5V　0.7W） B．電源（電壓恒為3V）
C．電流表（量程0-0.6A或0-3A） D．電壓表（量程0-3V或0-15V）
E．滑動變阻器（20Ω 1A）F．開關、導線
（1）小明同學連接線路閉合開關后，將變阻器滑片向右滑動時燈泡變暗，而電壓表的示數增大．請你用筆畫線代替導線，把圖甲中的實物電路按小明的連接方式連接完整．
（2）電路連接好后，當電壓表的示數為______V時，小燈泡將正常發光．
（3）小燈泡正常發光時，電流表和電壓表均有示數．突然，電路發生故障，小燈泡熄滅，而電流表和電壓表的示數均變大，則故障的原因是______．
（4）利用上述實驗器材，不能完成下述實驗中的______．
A．測量小燈泡的額定功率　　 B．探究電流與電壓的關系
C．探究小燈泡的亮度與消耗功率的關系　 D．探究串聯電路電壓的特點
（5）小華同學想利用上述器材測量一未知電阻R（定值）的阻值，但實驗過程中不慎將電流表損壞，在不另外添加器材的情況下：
①為了測出R的阻值，請你在圖乙的虛線框中畫出你所設計的實驗電路圖．
②閉合開關后，測得你所設計的電路圖中電壓表的示數為U，則R=______（用字母U表示）．

Answer 1

解：（1）滑動變阻器串聯接入電路，由題意及分析可知，電壓表與滑動變阻器并聯，滑動變阻器用左半部分電阻絲，滑動變阻器應接左下接線柱，電路圖如圖甲所示；
故答案為：電路圖如圖甲所示．
（2）燈泡電壓等于其額定電壓2.5V時，燈泡正常發光，此時滑動變阻器兩端的電壓為3V-2.5V=0.5V，電壓表測滑動變阻器兩端電壓，電壓表示數是0.5V；
故答案為：0.5．
（3）小燈泡熄滅，而電流表和電壓表的示數均變大，則故障的原因是燈泡短路；
故答案為：燈泡短路．
（4）A、該電路能測出流過燈泡的電流，求出燈泡兩端的電壓，可以測量小燈泡的額定功率，不符合題意；
B、要探究電流與電壓的關系，需要保持燈泡電阻阻值不變，但燈泡電阻隨溫度變化而變化，不是一個定值，該實驗器材不能探究電流與電壓的關系，符合題意；
C、移動滑動變阻器滑片，電路電阻發生變化，電路電流變化，燈泡電壓發生變化，燈泡實際功率及亮度發生變化，該器材可以探究小燈泡的亮度與消耗功率的關系，不符合題意；
D、移動滑片，燈泡與滑動變阻器兩端電壓均發生變化，利用該器材可以探究串聯電路電壓的特點，不符合題意；
故答案為：B．
（5）電阻R與滑動變阻器串聯接入電路，移動滑片使滑動變阻器阻值全部接入電路R_滑=20Ω，電壓表與電阻R或滑動變阻器串聯，閉合開關，讀出電壓表示數U，電路圖如圖乙所示；
則滑動變阻器兩端電壓U_滑=3V-U，電路電流I==，電阻阻值R===；
故答案為：電路圖如圖乙所示；．

分析：（1）滑動變阻器滑片向右滑動時燈泡變暗，說明燈泡實際功率變小，燈泡電壓變小，電路電流變小，滑動變阻器接入電路阻值變大，滑動變阻器兩端電壓變大，此時電壓表示數變大，說明電壓表與滑動變阻器并聯，根據以上分析完成電路圖的連接；
（2）燈泡在額定電壓下正常發光，電壓表測滑動變阻器電壓，由串聯電路電壓規律可以測出電壓表的示數；
（3）燈泡熄滅，可能是燈泡斷路或斷路或燈泡之外電路斷路造成的；電流表示數變大，說明電路不存在斷路，電路電阻變小，則電路故障是電路某處發生短路；電壓表測滑動變阻器兩端電壓，電壓表示數變大，說明滑動變阻器不可能短路，則電路故障為：燈泡短路；
（4）根據各實驗的原理與實驗要求，逐一分析各實驗，判斷能進行哪個實驗；
（5）電流表損壞，滑動變阻器最大阻值已知，可讓電阻R與滑動變阻器串聯，滑動變阻器阻值全部接入電路，用電壓表測電阻R或滑動變阻器的電壓，由串聯電路特點、歐姆定律求出電阻阻值．
點評：本題考查了設計實驗電路、連接電路圖、求電壓表示數、求電阻等問題，（1）（5）設計、連接電路難度較大，知道實驗原理、明確實驗要求是正確解題的前提與基礎．