Question

【題目】在初中物理電學實驗中，通常用電流表和電壓表進行有關測量：

（1）小明同學在測定小燈泡的電功率時，選用的器材有：額定電壓為2.5V的小燈泡（其阻值約為10Ω ）、“10Ω 1A”的滑動變阻器、兩節新干電池等。

①連接電路時開關應_____；

②請用筆畫線代替導線，幫小明同學將圖甲中的實物電路連接完整，使閉合開關時滑動變阻器連入電路的電阻最大；

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③小明同學連接電路后，閉合開關，滑片 P移到某一位置時，電壓表示數如圖乙所示，為測量燈泡的額定功率，應將滑片 P向_____端（選填“A”或“B”）移動，直至電壓表的示數為2.5V，此時電流表示數如圖丙所示，則小燈泡的額定功率是_____W；

（2）小華同學設計了如圖所示的電路來測量一個阻值約為幾百歐的電阻Rx，他使用的電源電壓為3V，電流表量程為（0～0.6A、0～3A），電壓表量程為（0～3V、0～15V）。

①小華同學按照該電路圖連接電路后，閉合開關，觀察到電流表指針不偏轉，示數為零，電壓表示數為2V．則他連接的電路出現該故障的原因是_____；

②在排除故障換用新元件后，經檢查電路完好。閉合開關，逐漸減小滑動變阻器的接入電阻至最小時，電壓表有示數，但電流表的指針偏轉角度很小，電流太小的原因是_____，所以按小華所設計的電路來測量這個電阻是不合適的；

③為了測出電阻Rx的阻值，老師給小華同學又提供了兩個開關和一個電阻箱R（0～9999Ω 5A），電阻箱是一種可以調節電阻大小并且能夠顯示出阻值的變阻器，它的電路符號用 表示。請你幫助小華同學設計一個能測出電阻Rx阻值的實驗電路，要求電路只連接一次。將你設計的實驗電路圖畫在如圖虛線方框中。

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Answer 1

【答案】斷開 B 0.65 電流表被短路 電源電壓太小（或電阻太大）

【解析】

（1）①連接電路時，開關要斷路；

②根據額定電壓和其阻值，確定電壓表選用的量程與燈并聯，由歐姆定律求燈的額定電流確定電流表選用的量程與燈串聯，根據閉合開關時滑動變阻器連入電路的電阻最大確定變阻器的連接；

③燈在額定電壓下正常發光，根據圖中電壓表小量程讀數，比較電壓表示數與額定電壓的大小，根據串聯電路電壓的規律及分壓原理確滑片移動的方向；

（2）①因為電流表指針不偏轉，示數為零，所以可能電流表出現了短路或Rx出現了斷路，根據電壓表示數判斷出原因；

②根據歐姆定律，在電壓不變的情況下，若電阻值很大，則電路中的電流會很小。若電流值小于電流表的分度值時，將無法準確地測出電流值。

③電源電壓為3V，根據串聯電路電壓的規律和分壓原理，當電壓表示數為1.5V時，則電阻箱的阻值為待測電阻，據此設計電路；

另解：分別將待測電阻和待測電阻與變阻器串聯，電壓表與待測電阻或電阻箱并聯，根據等效替代法，當電壓表示數不變時，則電阻箱的阻值為待測電阻。

（1）①連接電路時開關應斷開；

②額定電壓為2.5V的小燈泡，其阻值約為10Ω，故電壓表選用小量程與燈并聯，由歐姆定律，燈的額定電流約為：，電流表選用小量程與燈串聯，要求閉合開關時滑動變阻器連入電路的電阻最大，故將B接線柱連入電路中，如下圖所示：

燈在額定電壓下正常發光，圖中電壓選用小量程，分度值為0.1V，示數為1.6V，小于燈的額定電壓2.5V，應增大燈的電壓，根據串聯電路電壓的規律，應減小變阻器的電壓，由分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向B移動，直到電壓表示數為額定電壓；此時電流表示數如圖丙所示，電流表選用小量程，分度值為0.02A，電流大小為0.26A，則小燈泡的額定功率是：P＝UI＝2.5V×0.26A＝0.65W；

（2）①因為電流表指針不偏轉，示數為零，所以可能是電流表出現了短路或Rx出現了斷路；圖中電壓表測待測電阻的電壓，又因為電壓表的示數不等于電源電壓，則不是由于電阻斷路造成的（若電阻斷路，則電壓表與電源連通，電壓表示數應為3V），故可判斷電路的故障是電流表短路；

②由于電源電壓為3V，而電阻Rx的阻值大約為幾百歐，根據歐姆定律可知電路中的電流太小；所以按小明所選的器材不能用伏安法測出該電阻的值。

③電源電壓為3V，根據分壓原理，當兩個串聯的電阻阻值大小相等時，每個電阻分得的電壓也相等，所以可以將Rx與電阻箱串聯，電壓表并聯在Rx的兩端，改變電阻箱連入電路中的電阻大小，當電壓表示數為1.5V時，則電阻箱的阻值為待測電阻；

電路如圖2所示：

另解：只閉合S、S1，將待測電阻與變阻器串聯，電壓表與待測電阻并聯，移動變阻器的滑片，使電壓表示數U；

只閉合S、S2，將電阻箱與變阻器串聯，電壓表與電阻箱并聯，移動變阻器的滑片，使電壓表示數U；

根據等效替代法，則電阻箱的阻值為待測電阻；如圖3所示；