Question

10．如圖甲是小明研究小燈泡電阻的實驗電路圖．圖乙是根據實驗數據繪的U-I圖．小泡標有“2V”字樣，滑動變阻器R標有“20Ω 1A”字樣．

（1）閉合開關前，小明應將滑動變阻器的滑片移到b端．該實驗中，滑動變阻器的作用是保護電路和改變燈泡兩端電壓
（2）小明閉合開關后發現燈不亮，電流表有示數，電壓表無示數，故障原因可能是燈泡短路
（3）小燈泡正常發光時，燈絲的電阻為4Ω．
（4）同桌小華想用小明的實驗器材測未知電阻的阻值，但他發現電壓表已經損壞而無法使用，經過思考后，他從物理老師那里借來了一只定值電阻R．、兩只開關和若干導線．
①請你利用小華手邊現有的器材，在圖丙所示的虛線框中為小華設計一個測量未知電阻阻值的實驗電路圖（部分電路已畫出）；
②寫出Rz的表達式：Rz=$\frac{IR}{{I}_{X}}$．

Answer 1

分析 （1）閉合開關前，滑動變阻器處于最大阻值處，保護電路；移動滑片能改變電路總電阻，改變電路電流，能改變燈泡兩端電壓．
（2）燈不亮的故障可能是燈泡斷路或短路；燈泡短路，電路電阻減小，電路電流增大，電流表示數增大，電壓表測導線電壓，示數為0；燈泡斷路，電路斷路，電路無電流，電流表示數為0，電壓表串聯在電路中測電源電壓；
（3）從圖象中找到燈泡在2V下的電流，根據R=$\frac{U}{I}$計算電阻；
（4）電壓表損壞，只有電流表，利用已知定值電阻與未知電阻并聯，兩個開關單獨控制一個支路，電流表在干路上，當一個支路獨立工作時，測該支路電流．找電壓相等列等式求解．

解答 解：
（1）滑動變阻器接左半段，滑動變阻器滑片在b端接入電阻最大；滑動變阻器在電路中保護電路，最主要的是通過改變連入電路的電阻，來改變電路電流，來改變燈泡兩端電壓；
（2）燈泡不亮，電流表有示數，電路通路；電壓表無示數，電壓表短路，所以燈泡短路；
（3）由圖象知燈泡2V下的電流為0.5A；所以R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
（4）①把已知定值電阻R與未知電阻R_Z并聯，每個支路各有一個開關單獨控制，電流表在干路上，單獨閉合一個支路，分別測R 與R_Z中的電流I和I_X，即可計算出待測電阻的阻值，電路圖如下：；
②根據并聯電路電壓相等，所以，IR=I_xR_Z，
所以，R_Z=$\frac{IR}{{I}_{X}}$．
故答案為：（1）b；改變電路電阻從而改變L兩端電壓；（2）燈泡短路；（3）4Ω；（4）①電路圖如上所示；②$\frac{IR}{{I}_{X}}$．

點評 沒有電壓表，利用定值電阻和電流表以及其他元件測量電阻的阻值時，一般設計成并聯電路，找電壓相等列等式求出被測電阻；沒有電流表，利用電壓表和定值電阻以及其他元件測量電阻的阻值時，一般設計成串聯電路，找電流相等列等式求出被測電阻．