Question

5．小明同學(xué)利用電壓表和電流表“測量小燈泡的電阻值”（已知小燈泡的額定電壓為2.5V，滑動變阻器的規(guī)格是“1A，30Ω”），實驗電路圖如圖1所示：

（1）按圖1所示的電路圖，將圖2中的電壓表正確連入電路（用筆畫線代替導(dǎo)線）．
（2）在連接電路前，開關(guān)應(yīng)斷開；連接電路后，滑片P應(yīng)移到b（填“a”或“b”）端再閉合開關(guān)；實驗中，當(dāng)滑片P移到某一位置時，電流表A和電壓表V示數(shù)如圖3所示，則此時小燈泡的阻值為9Ω．
（3）小明在實驗時，小燈泡突然熄滅，檢查發(fā)現(xiàn)電流的示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，請你幫小明分析電路的故障可能是：燈泡斷路；
（4）若小紅同學(xué)想用已連好的電路“測小燈泡的額定電功率”，請你幫他把主要的實驗步驟補充完整：
①移動滑動變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為2.5V時，讀出電流表的示數(shù)；
②利用原理：P=UI計算出小燈泡的額定電功率．
（5）同組的小剛找來了幾個定值電阻替代小燈泡，想探究“電流與電阻的關(guān)系”，此實驗要用控制變量方法，所以他移動滑動變阻器使電壓表始終為2V，那么他使用的定值電阻最大就不能超過60Ω．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡額定電壓，確定電壓表的量程．注意電壓表的正負接線柱和連入電路的方式；
（2）閉合開關(guān)前，滑動變阻器連入電路中的電阻最大，滑片P以左電阻絲連入電路，據(jù)此確定滑片的位置；確定電壓表、電流表小量程的分度值讀數(shù)，根據(jù)歐姆定律求電阻大小；
（3）電流的示數(shù)為零，說明電路斷路或電路的總電阻很大，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表之外的部分連接完好，據(jù)此判斷故障所在；
（4）①根據(jù)額定功率的定義作答；②測電功率的原理P=UI；
（5）探究“電流與電阻的關(guān)系”時，要控制不同定值電阻的電壓保持不變；由題目條件可知變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理求定值電阻的最大值．

解答 解：（1）小燈泡的額定電壓為2.5V＜3V，電壓表選用小量程，電壓表并聯(lián)在燈的兩端，如圖所示：

（2）在連接電路時，開關(guān)應(yīng)斷開，滑動變阻器連入電路中的電阻最大，滑片置于b端；
電壓表小量程的分度值為0.1V，示數(shù)為1.8V，電流表小量程的分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A，此時小燈泡的阻值為R=$\frac{1.8V}{0.2A}$=9Ω；
（3）電流的示數(shù)為零，說明電路斷路或電路的總電阻很大，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表之外的部分連接完好，所以，可判斷出與電壓表并聯(lián)的燈可能出現(xiàn)了斷路，導(dǎo)致電壓表與其它元件串聯(lián)了；
（4）①移動滑動變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為額定電壓2.5V時，讀出電流表的示數(shù)；②利用原理：P=UI計算出小燈泡的額定電功率；
（5）探究“電流與電阻的關(guān)系”時，要控制不同定值電阻的電壓保持不變，要用到控制變量法；
他移動滑動變阻器使電壓表始終為2V，則滑動變阻器分去的電壓為3V-2V=1V，根據(jù)分壓原理，$\frac{{U}_{定}}{{U}_{變}}$=$\frac{{R}_{定}}{{R}_{變}}$=$\frac{2}{1}$，因變阻器連入電路的最大阻值為30Ω，所以，定值電阻的最大阻值R_定=2R_變=2×30Ω=60Ω．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）b；9；（3）燈泡斷路；（4）①2.5；②P=UI；  （5）控制變量；60．

點評 本題將考查“小燈泡的電阻值”與“探究電流與電阻的關(guān)系”兩個實驗，涉及測量原理、電路的連接、故障的分析與判斷、控制變量法、器材的選定等知識，綜合性較強．