Question

4．小張同學在測量小燈泡正常發光時的電阻的實驗中，選用的電源電壓為4.5V，小燈泡正常發光的電壓為2.5V．圖甲所示是已連接完整的實驗電路．

（1）連接實驗電路的過程中開關應斷開．
（2）閉合開關后，緩慢移動滑動變阻器的滑片p，同時觀察電壓表（選填“電壓表”或“電流表”）示數的變化，當電壓表的示數如圖乙所示時，其讀數為1.8V；若要測得小燈泡正常發光時的電阻，滑片P應向左（選填“左”或“右”）端移動．
（3）另一組的小杜同學在連線時，不小心將線接錯了，當開關閉合后，移動滑動變阻器的滑片P，發現電流表示數變大時，電壓表示數卻變小，請分析產生這個現象的原因是：電壓表與滑動變阻器并聯了．
（4）電路正常后，改變滑片P的位置，獲得多組對應的電壓、電流值、繪制了如圖丙所示的I-U圖象．由圖象可知，小燈泡正常發光時的電阻約為8.3Ω（保留一位小數）．
（5）接著，小杜換用另一未知電壓的新電源和一些定值電阻（替換小燈）利用圖甲同樣的電路又做了幾次實驗，保持滑動變阻器滑片在某一位置不變，記錄了以下數據，有了新的發現：可以將電壓表改成直接讀出電阻值的歐姆表，請你幫他測出5.0V處標為50Ω．

次數	1	2	3	4	5
電阻R（Ω）	5	10	15	20
電壓U（V）	2.0	3.0	3.6	4.0	5.0

Answer 1

分析 （1）為了防止短路的發生，在連接和拆除電路時，開關應是斷開的；
（2）要測量小燈泡正常發光時的電阻，需使小燈泡兩端的電壓等于額定電壓；
確定電壓表的量程后讀出電壓表的數值，根據串聯電路分壓的知識或歐姆定律判斷滑動變阻器阻值的變化，得出滑片移動的方向；
（3）伏安法測電阻的實驗中，電壓表應與被測電阻并聯，當滑動變阻器接入電路的阻值減小時，電路電流變大，被測電阻兩端電壓變大，
滑動變阻器兩端電壓減小，電流表與電壓表示數變大，如果電壓表與滑動變阻器并聯則電流表示數增大時，電壓表示數減小，據此分析答題；
（4）根據圖象確定額定電壓下的電流，利用歐姆定律的變形公式R=$\frac{U}{I}$計算出電阻的阻值；
（5）根據滑動變阻器的阻值不變結合歐姆定律及串聯電路的電流、電壓特點得出5.0V時的電阻值．

解答 解：
（1）在連接電路的過程中，為防止短路故障而燒壞元件，所以開關應該始終是斷開的．
（2）實驗中要注意觀察電壓表的示數，由圖乙知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數為1.8V；
要測燈泡正常發光時的電阻，需使燈泡兩端電壓由1.8V增大到2.5V，電路電流要增大，總電阻減小，滑動變阻器連入電路的部分減小，滑片P應向左端移動．
（3）連線時，不小心將線接錯了，閉合開關后，移動滑動變阻器滑片P，電流表示數變大，電路中電流變大；根據歐姆定律可知，燈泡兩端的電壓變大；
根據串聯電路總電壓等于各分電壓之和可知，滑動變阻器兩端的電壓減小，故產生這一現象的原因是電壓表與滑動變阻器并聯了．
（4）由圖象可知，當小燈泡L正常發光時的電壓U=2.5V，對應的電流I=0.3A；
由I=$\frac{U}{R}$得，小燈泡正常發光時的電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω；
（5）保持滑動變阻器滑片位置不變，即變阻器接入電路的阻值是一定的；
根據串聯電路的電流、電壓特點，由表格中1、2次數據知：
$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{2.0V}{5Ω}$=$\frac{U-2.0V}{{R}_{滑}}$------①
$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-{U}_{2}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{3.0V}{10Ω}$=$\frac{U-3.0V}{{R}_{滑}}$------②
聯立①②解得：U=6V，R_滑=10Ω．
當電壓表示數U₅=5.0V時，
此時滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U₅=6.0V-5.0V=1.0V，
電路中的電流：I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1.0V}{10Ω}$=0.1A，
由I=$\frac{U}{R}$得，第5次定值電阻的阻值：
R₅=$\frac{{U}_{5}}{I}$=$\frac{5.0V}{0.1A}$=50Ω．
故答案為：
（1）斷開；（2）電壓表；1.8；左；（3）電壓表與滑動變阻器并聯了；（4）8.3；（5）50．

點評 本題考查了電路連接過程中的注意事項、滑動變阻器的使用、電壓表的使用及讀數、電路故障的判斷、電阻的計算等知識，涉及到的知識點較多，其中第（5）問主要根據串聯分壓的特點及歐姆定律進行解答，難度較大，一定要注意掌握．