Question

在用“伏安法”測(cè)量小燈泡工作時(shí)的電阻Rx的實(shí)驗(yàn)中，使用下列器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：
A．電流表一個(gè)（量程0～0.6A，0～3A）；
B．電壓表一個(gè)（量程0～3V，0～15V）；
C．串聯(lián)的干電池三節(jié)；
D．滑動(dòng)變阻器R（阻值為0～12Ω）；
E．待測(cè)小燈泡Rx，（阻值約為6Ω）；
F．開關(guān)一個(gè)；導(dǎo)線若干．則：
（1）該實(shí)驗(yàn)依據(jù)的原理是

 

（用課本中的字母表示）；并根據(jù)題意在右上邊的虛線方框內(nèi)畫出所需要的實(shí)驗(yàn)電路圖（其中部分已畫好）．

（2）該電路中電流可變化的范圍是

 

．
（3）若在電路中要求電流表和電壓表的示數(shù)不超過量程，又要使幾次測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，指針至少都要達(dá)到電流表和電壓表刻度的中線，那么，電流表的量程應(yīng)選

 

A，電壓表的量程應(yīng)選

 

V；同時(shí)為了防止損壞電流表和電壓表，滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值范圍為

 

Ω．并且在實(shí)驗(yàn)時(shí)滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值是由

 

（填“大變小”或“小變大”）．
（4）根據(jù)所畫的電路圖，用鉛筆畫線代替導(dǎo)線將實(shí)物圖連接完整（其中部分導(dǎo)線已連接好）．
（5）某同學(xué)在寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)．所設(shè)計(jì)的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格如表所示，其中，錯(cuò)誤的一欄是

 

，這是由于小燈泡燈絲的電阻與

 

有關(guān)．

實(shí)驗(yàn)次序	U/V	I/A	R/Ω	燈泡亮度	電阻的平均值R/Ω
1				燈絲暗紅
2				微弱發(fā)光
3				正常發(fā)光

Answer 1

分析：（1）伏安法測(cè)電阻的原理：R=

U

I

，
電壓表與燈泡并聯(lián)測(cè)燈泡電壓，電流表與燈泡串聯(lián)測(cè)燈泡電流，滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中保護(hù)電路．
（2）電路中最大電流是滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值為0，只有待測(cè)燈泡接在電源上，由電源電壓和燈泡電阻，求出電路電流最大值．
電路中最小電流是滑動(dòng)變阻器連入電路阻值最大，求出總電阻，又知道電源電壓，求出電路最大電流．
（3）由電路電流的范圍和至少達(dá)到電流表的中線位置，確定電流表的量程，
由電源電壓和至少達(dá)到電壓表的中線位置，確定電壓表的量程．
當(dāng)滑動(dòng)變阻器連入電阻最小時(shí)，當(dāng)電流表示數(shù)最大，電壓表示數(shù)最大，最大為滿量程．
當(dāng)電流表示數(shù)最大時(shí)，
如果電壓表的指針在中線和最大值之間，根據(jù)最大電流值和燈泡電阻求燈泡電壓，求滑動(dòng)變阻器電壓，求滑動(dòng)變阻器最小電阻．
如果電壓表的指針超過3V時(shí)，可以確定燈泡兩端最大電壓為3V，求出滑動(dòng)變阻器電壓，再求出燈泡電流，求滑動(dòng)變阻器的最小電阻．
當(dāng)滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻增大時(shí)，電路電流減小，燈泡電流減小，燈泡電壓減小，電流表和電壓表的示數(shù)不能小于中線位置，
當(dāng)電流表示數(shù)為0.3A（電流表中線位置）時(shí)，利用燈泡的電阻，求出燈泡的電壓，如果在電壓表的中線和最大值之間，符合題意．
如果小于電壓表的中線位置，可以確定燈泡兩端的電壓為1.5V（電壓表中線位置），利用燈泡電阻求出燈泡電流，再求出滑動(dòng)變阻器的電壓，可以求出滑動(dòng)變阻器的最大電阻．
閉合開關(guān)前，滑片處于最大阻值處，然后調(diào)節(jié)滑片，減小滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值，改變燈泡兩端的電壓和通過的電流．
（4）根據(jù)電路圖畫實(shí)物圖，從電源正極開始，依次串聯(lián)各元件，最后把電壓表并聯(lián)在燈泡兩端．
連接過程中，注意電壓表、電流表的量程，正負(fù)接線柱，連接方式．注意滑動(dòng)變阻器選擇一上一下接線柱．
注意：電路圖和實(shí)物圖中滑動(dòng)變阻器接入的部分要相對(duì)應(yīng)．
（5）燈泡在不同電壓下，燈絲溫度不同，燈絲電阻不同，求電阻平均值無意義．

解答：解：（1）伏安法測(cè)燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)原理：R=

U

I

，
電壓表與燈泡并聯(lián)，電流表與燈泡串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器與燈泡串聯(lián)，根據(jù)各元件的連接方式，畫出電路圖．

（2）當(dāng)滑動(dòng)變阻器連入電路電阻最大時(shí)，電路電流最小，
R_總=R_X+R=6Ω+12Ω=18Ω，
電源由3節(jié)干電池串聯(lián)而成，電源電壓為4.5V，
所以電路最小電流為：I_最小=

U

R總

=

4.5V

18Ω

=0.25A，
當(dāng)滑動(dòng)變阻器連入電路電阻為0時(shí)，只有燈泡接入電路，電流最大，
所以電路最大電流為：I_最大=

U

RX

=

4.5V

6Ω

=0.75A．
（3）如果選擇0～3A量程，最大電流為0.75A，不會(huì)達(dá)到電流表的中線位置，所以選擇0～0.6A量程，注意滑動(dòng)變阻器不能滑到阻值為0．
電源電壓為4.5V，如果選擇0～15V量程，不會(huì)達(dá)到電壓表中線位置，所以電壓表選擇0～3V量程．
當(dāng)達(dá)到電流表最大值0.6A時(shí)，燈泡兩端電壓為：U_L=I_LR_X=0.6A×6Ω=3.6V，超過0～3V的最大量程，會(huì)損壞電壓表，電流表滿量程，不符合題意．
當(dāng)電壓表達(dá)到最大值3V時(shí)，燈泡電流為：I_L′=

UL′

RX

=

3V

6Ω

=0.5A，0.5A＜0.6A，電流表量程合適，符合題意．
滑動(dòng)變阻器電壓為：U₁=U-U_L′=4.5V-3V=1.5V，
所以滑動(dòng)變阻器最小電阻為：R₁=

U1

IL′

=

1.5V

0.5A

=3Ω．
當(dāng)電流表的示數(shù)為0.3A時(shí)（電流表在中線位置），燈泡電壓為：U_L''=I_L''R_X=0.3A×6Ω=1.8V，電壓表在中線和最大值之間，符合題意．
滑動(dòng)變阻器的電壓為：U₂=U-U_L''=4.5V-1.8V=2.7V，
滑動(dòng)變阻器的最大電阻為：R₂=

U2

IL″

=

2.7V

0.3A

=9Ω．
當(dāng)電壓表的示數(shù)為1.5V時(shí)（電壓表在中線位置），燈泡電流為：I₂=

U2′

RX

=

1.5V

6Ω

=0.25A＜0.3A（電流表中線位置），不符合題意．
所以，滑動(dòng)變阻器可以連入最大阻值9Ω．
（4）電流表選擇0～0.6A量程，電壓表選擇0～3V量程，滑動(dòng)變阻器已經(jīng)選定下面接線柱，任意選擇上面接線柱．
從電源正極開始，依次串聯(lián)開關(guān)、燈泡、電流表、滑動(dòng)變阻器到電源負(fù)極，補(bǔ)全電流路徑，電壓表與燈泡并聯(lián)，如圖．

（5）燈泡電壓增大時(shí)，燈絲溫度升高，電阻增大，設(shè)計(jì)電阻平均值是錯(cuò)誤的．
故答案為：（1）R=

U

I

；如電路圖；（2）0.25～0.75A；（3）0-0.6A；0～3V；3～9Ω；大變小；（4）如實(shí)物圖；（5）電阻的平均值溫度．

點(diǎn)評(píng)：本題主要關(guān)注以下幾個(gè)類型：
（1）電路電流的變化范圍．
（2）為了準(zhǔn)確測(cè)量電壓和電流值，要求指針至少達(dá)到中線以上，如何確定電壓表和電流表的量程．
（3）實(shí)驗(yàn)為了防止損壞電壓表和電流表，在確定滑動(dòng)變阻器的取值范圍時(shí)，同時(shí)兼顧電壓表和電流表．