Question

20．小明在拆手電筒時，發現手電筒的小燈泡上標有“2.5V”的字樣，但上面的電流值已經模糊不清，他想通過實驗測量該燈泡正常發光時的電阻，圖甲為他所連接的實驗電路．
（1）同組的小李同學在檢查線路時，發現有一根導線連接錯誤．請你在圖中用“×”標出這根錯接的導線，并畫出改接后的導線（不能與其他導線交叉）．

（2）電路錯誤改正后，將滑動變阻器的滑片移至A端，閉合開關后，發現小燈泡不亮，電流表無示數，電壓表的示數接近3V．發生這種現象的原因可能是小燈泡斷路．
（3）排除故障后，再閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，當電壓表的示數為2V時，電流表的示數如圖1乙所示，此時小燈泡的實際功率為0.6 W；為了測定小燈泡的額定功率，應將滑動變阻器的滑片P向B（選填“A”或“B”）端移動，直到電壓表示數為2.5V．
（4）在此實驗的基礎上，老師又出示為數百歐的電阻R_x，提問能否用上述方法測量其阻值．同學們分析得出上述方案不行，原因是：電路中的電阻太大，且電源電壓太小，從而導致電路中電流太小，難以準確讀數．
（5）接著，小明與其他同學經過討論，通過增加一電阻箱R₀（0～9999Ω　5A）、定值電阻R（200Ω　2A）、單刀雙擲開關等器材，設計出了A、B兩種不同方案，其電路圖如圖2：
①A方案所涉及的思想方法是等效替代法（控制變亮法/轉換法/等效替代法）（選填）．
②在A、B兩種不同的方案中，你認為B方案的設計可以讓測量結果更準確，理由是B方案可以進行多次測量求平均值，以減小誤差．

Answer 1

分析 （1）根據伏安法測電阻的電路圖可知，電流表應跟燈泡串聯，電壓表跟燈泡并聯，電壓表測的是燈兩端的電壓，電流表測的是燈中的電流，
從圖中可知，燈與電流表并聯了，故燈泡右側到B點的連線接線錯誤；
（2）閉合開關后，發現小燈泡不亮，電流表無示數，電壓表的示數接近3V，說明電路中幾乎無電流，電壓表能與電源相通，故是燈處斷路了；
（3）①根據電流表的讀數方法（電流表讀數：首先確定使用的量程，然后確定每一個大格和每一個小格代表的示數），讀出電流表示數，利用P=UI計算實際功率；
②燈泡兩端電壓由2V增大到2.5V，燈泡電流要增大，需要減小電路電阻，減小滑動變阻器的電阻；
（4）在電源電壓一定時，通過導體的電流隨導體電阻的增大而減小；
（5）①阻值特別大的電阻R_x與滑動變阻器如果串聯，由于電壓與電阻成正比，電源電壓基本都加在了電阻R_x兩端，
用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動變阻器，可以使電壓分配更合理，更便于測量；
②比較不同實驗方案的合理性，應該看能否達到實驗目的，能否盡可能減小．

解答 解：（1）要使小燈泡與電流表串聯，必須將滑動變阻器與小燈泡連接的導線斷開；同時在小燈泡右側接線柱和開關右側接線柱之間連接一條導線，如下圖所示：

（2）當閉合開關后，燈不亮，電流表無示數，說明發生了斷路；而電壓表有示數，說明電壓表能與電源相通，故是小燈泡斷路；
（3）①電流表選用0～0.6A量程，分度值是0.02A，故I=0.3A，此時實際功率P=UI=2V×0.3A=0.6W；
②電壓表測燈泡電壓，要測燈泡的額定功率，使燈泡兩端電壓為2.5V，
要使電壓表的示數由2V增大到2.5V，即燈泡兩端電壓增大，需要電流增大，總電阻減小，滑動變阻器電阻減小，滑片向B端移動；
（4）電流與電阻成反比，電阻越大，電流越小；即阻值太大，電流太小，難以準確讀數；
（5）①用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動變阻器，應用的是探究實驗的基本方法之一：等效替換法；
②方案A通過改變開關S連接a或b的位置，改變待測電阻R_x和電阻箱R與定值電阻R₀的串聯關系，
雖能得出待測電阻的阻值，但只能得到一組數據，測量次數太少，誤差較大；
方案B可以根據需要改變電阻箱的阻值，從而得到多組實驗數據，然后取平均值，誤差更小．所以采用B方案．
故答案為：（1）如上圖；
（2）小燈泡斷路；
（3）0.6；B；電壓表示數為2.5V；
（4）電路中的電阻太大，且電源電壓太小，從而導致電路中電流太小，難以準確讀數；
（5）①等效替代法；②B；B方案可以進行多次測量求平均值，以減小誤差．

點評 本題考查了電路故障的分析、電表的讀數、電功率的測量及計算、等效替代法的運用等知識，綜合性強；最后一步難度較大，但體現了研究物理問題的基本方法--等效替代法，在解決實際問題時，很有借鑒意義．