Question

某興趣小組完成了兩個與電有關的實驗：
第一個實驗：小明、小華和小紅三位同學各自進行“測定小燈泡電功率”的實驗．實驗中所用器材規(guī)格均相同，小燈標有“3.8V”字樣，電源電壓為6伏且保持不變．

（1）小明連接的電路如圖所1示，圖中尚有一根導線未連接，請用筆線代替導線在圖中正確連接．要求：若將變阻器的滑片向左移動，閉合電鍵S后，能使它接入電路中的電阻最大．
（2）小華實驗步驟正確，閉合電鍵后，觀察到小燈泡不發(fā)光，電壓表無示數，電流表的示數為0.3安，若電路中只有一處故障，且只發(fā)生在小燈L或變阻器R上，則電路中存在的故障可能是______．
（3）小紅正確連接電路，閉合電鍵后，移動變阻器的滑片，發(fā)現無法精確測出小燈泡的額定功率，經思考后她將電路圖略作調整，接著她移動變阻器的滑片，當觀察到電壓表的示數為______伏時，小燈正常發(fā)光．若此時變阻器的滑片恰好在中點上，求：小燈的額定功率．
（需在答題紙的相應位置寫出計算過程）
第二個實驗：在用電阻箱、電壓表測定一個未知定值電阻R_X的阻值時，小明設計了如圖2所示的實驗電路，其中R′是電阻箱，R是定值電阻．
（1）圖2中，為測出R_X的阻值，閉合開關S后，小明應該先把開關S₁接到觸點______（選填“1”或“2”），記錄電壓表的示數U；然后把開關S₁接到另一觸點，并調節(jié)電阻箱R′，直到電壓表示數也為U，讀出此時電阻箱R′的示數（各旋鈕的位置如圖3所示），則待測電阻R_X的阻值為______Ω．
（2）小蘭認為將圖2中的電阻R去掉，也能測出R_X的阻值．你認為可行嗎？答：______
（3）小亮設計了圖4的電路測R_X的阻值．與圖2的方法比較，你覺得圖丙最顯著的優(yōu)點是：______；若圖2也想具備這個優(yōu)點，只需更換圖甲的一個元件就可以了，如何替換？答：______．

Answer 1

【答案】分析：一、（1）滑動變阻器按一上一下的原則與燈泡串聯，要使變阻器的滑片向左移動時接入電路中的電阻最大，則滑片應遠離右下方的接線柱．
（2）小燈泡不發(fā)光說明燈泡短路或電路中電流過小或電路某處斷路，電流表的示數為0.3安說明不可能斷路或電路中的電流過小．
（3）對電路進行的調整，實際是把電壓表與變阻器并聯．原因是電壓表的量程是0～3伏，而燈的額定電壓是3.8伏．所以要這樣調整．當電壓表的示數是2.2伏時燈正常發(fā)光．根據歐姆定律求出電路中的電流，然后利用P=UI即可求出燈的額定功率．
二、（1）本實驗應用了等效替代法，單刀雙擲開關可控制待測電阻R_X與定值電阻R串聯，或電阻箱R'與定值電阻R串聯，電壓表測R_X或R'與定值電阻R串聯時的電壓，當電壓表示數相同時，電阻R_X與電阻R'阻值相同，應該先把開關S₁接到觸點1；電阻箱各擋示數乘以倍率的和是電阻箱的阻值．
（2）去掉電阻R，電壓表測的是電源電壓U，不能保證電阻R_X與電阻R'電壓相同，測不出電阻R'的阻值．
（3）小亮設計電路中有滑動變阻器，可以進行多次測量，求平均值，可以減小誤差；把圖2中的電阻R換成滑動變阻器，圖2也具有圖4的優(yōu)點．
解答：解：一、（1）滑動變阻器的右下方接線柱與燈泡串聯，如下圖所示：

（2）小燈泡不發(fā)光說明燈泡短路或燈泡斷路或滑動變阻器斷路，電流表的示數為0.3A，說明燈泡不可能斷路、滑動變阻器不可能斷路，故電路中存在的故障可能是小燈泡短路．
（3）因為電壓表所選的量程是0～3V，而燈的額定電壓是3.8V．所以對電路進行的調整，把電壓表與變阻器并聯．
當電壓表的示數是2.2V時燈正常發(fā)光．此時U_L=U-U_變=6V-2.2V=3.8V．
因為此時變阻器只接入10Ω電阻，所以此時串聯電路中電流是：
I===0.22A，
所以燈的額定功率P_L=U_LI=3.8V×0.22=0.836W．
（二）（1）小明應該先把開關S₁接到觸點1；
由電阻箱圖示可知，電阻R_X=R'=0×1000Ω+0×100Ω+1×10Ω+8×1Ω=18Ω．
（2）去掉電阻R，電壓表測的是電源電壓U，不能用等效替代法測出電阻R_X的阻值，將圖甲中的電阻R去除不可行．
（3）圖4最顯著的優(yōu)點是：能多次測量求平均值以減小誤差；將圖2中的電阻R換成滑動變阻器，圖2也具有圖4的優(yōu)點．
故答案為：（一）（2）小燈泡短路；（3）2.2；0.836W．
（二）（1）1；18；（2）不可行；（3）能多次測量求平均值以減小誤差；將電阻R換成滑動變阻器．
點評：（一）本實驗題涉及滑動變阻器的正確連接、實物圖的連接、電路故障的判斷、電功率的計算和歐姆定律的應用知識點，等綜合性較強；（3）中對電路進行的調整（因為電壓表所選的量程是0～3伏，而燈的額定電壓是3.8伏．所以把電壓表與變阻器并聯），這是個難點，其它兩小題都比較容易．
（二）本題的解題關鍵是：應知道本題測待測電阻阻值的方法：等效替代法，等效替代法在實驗中經常使用，要注意體會、總結這種方法．