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20.小明在做“測定小燈泡電阻和電功率”的實驗時,所用電源電壓為3伏,小燈泡額定電壓為2.5伏.

(1)小燈泡Rx的阻值估計在6-10Ω之間,請你在圖甲中用筆畫線代替導線,幫小明同學將電路連接完整.(連線不得交叉)
(2)按電路圖連接成實物圖后,閉合開關,發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮、電壓表指針不動、電流表指針有明顯的偏轉,則電路故障原因可能是燈泡短路;
(3)故障排除后重新閉合開關,移動滑動變阻器滑片P到某一位置時,電壓表的示數(shù)如圖乙,若要測量小燈泡的額定功率,應將圖甲中滑片P向B(填“A”或“B”)端移動;
(4)小明同學移動滑片P,記下多組對應的電壓表和電流表的示數(shù),并繪制成圖丙所示的圖象.根據(jù)圖象信息,可計算出小燈泡的額定功率是0.5瓦.該圖象不是直線,主要原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大.
(5)另一組的小紅同學使用4.5V電源,在連線時不小心將線接錯了,開關閉合后,移動變阻器滑片P,發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變大時,電壓表示數(shù)卻變小,你分析一下產生這個現(xiàn)象的原因是電壓表測滑動變阻器兩端的電壓,當她測得兩電表的示數(shù)如圖丁時,此時燈泡的電阻是8.3Ω.
(6)小芳同學想只用一只已知阻值的電阻R0和一塊電壓表來測小燈泡電阻Rx,請你幫她設計一個電路圖,在方框中畫出來,并推出小燈泡的電阻值的表達式為RL=$\frac{{U}_{L}{R}_{0}}{U-{U}_{L}}$.

分析 (1)根據(jù)I=$\frac{U}{R}$算出電流,確定電流表的量程;
(2)用電壓表檢測電路故障時,當電壓表的示數(shù)為零時,故障有:①被測部分電路短路;②其它部分電路斷路.
當電壓表有示數(shù),且接近電源電壓時,故障是:①被測部分電路斷路;②其它部分電路短路.
(3)由串聯(lián)電路的電壓特點--電壓和電阻成正比,來分析滑動變阻器的滑片移動情況;
(4)從圖象上找到額定電壓對應的點,讀出對應的電流,利用P=UI計算額定功率.
該圖象不是直線,即電壓和電流的比值不是定值,說明小燈泡發(fā)光的過程中,影響電阻大小的因素是存在的.
(5)由串聯(lián)電路的電壓特點分析電壓表的變化.根據(jù)電流表和電壓表的量程和分度值讀出電流和電壓,根據(jù)R=$\frac{U}{R}$算出電阻;
(6)沒有電流表的情況下,利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián),根據(jù)開關的閉合情況判斷出燈泡和定值電阻的電壓根據(jù)R=$\frac{U}{I}$表示出電阻.

解答 解:(1)通過燈泡的電流為:I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{6Ω}$=0.42A,故電流表的量程為0~0.6A,電路連接如下所示:

(2)發(fā)閉合開關,發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮、電流表指針有明顯的偏轉,說明電路有電流,電路沒有斷路,電壓表指針不動,說明與電壓表并聯(lián)的燈泡發(fā)生了短路;
(3)電壓表的量程為0~3V,分度值為0.1V,示數(shù)為2.2V,而額定電壓為2.5V,故應使小燈泡兩端的電壓增大,就應該讓滑動變阻器兩端的電壓減小,就必須把滑動變阻器的阻值調小,即滑片向B移動.
(4)由圖象知,當燈的電壓是2.5V時,對應的電流值為0.2A,額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W.
小燈泡的電流隨電壓變化的圖象不是一條直線,說明小燈泡的電阻不是定值,并且燈絲的電阻隨電壓的增大而升高,即燈絲的電阻隨溫度的升高而增大.
(5)串聯(lián)電路中總電壓等于各個用電器的電壓之和,當燈的電壓變小時,滑動變阻器的電壓要增大,本題中移動變阻器滑片P,發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變大時,電壓表示數(shù)卻變小,說明電壓表測滑動變阻器兩端的電壓了.
電流表的量程為0-0.6A,分度值為0.02A,示數(shù)為0.3A;
電壓表的量程為0-3V,分度值為0.1V,示數(shù)為2.5V,
燈泡的電阻為:R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$=8.3Ω;
(6)沒有電流表的情況下,利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián),電路如圖所示:

①連接好實驗電路,閉合開關S1,將開關S2撥到觸點2,移動滑片,使電壓表的示數(shù)為UL;
②保持滑動變阻器滑片位置不變,S2接1,讀出電壓表示數(shù)U;
③此時定值電阻R0兩端的電壓:U0=U-UL
通過燈泡的電流:IL=I0=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-{U}_{L}}{{R}_{0}}$,
則小燈泡的電阻為:RL=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{{U}_{L}}{\frac{U-{U}_{L}}{{R}_{0}}}$=$\frac{{U}_{L}{R}_{0}}{U-{U}_{L}}$.
故答案為:(1)見上圖;(2)燈泡短路;(3)B;(4)0.5;燈絲的電阻隨溫度的升高而增大;(5)電壓表測滑動變阻器兩端的電壓;8.3Ω;(6)RL=$\frac{{U}_{L}{R}_{0}}{U-{U}_{L}}$.

點評 本題考查了測量電阻實驗中電路的連接、電路故障的判斷、電流表、電壓表的讀數(shù)、串聯(lián)電路的分壓作用及額定功率的計算,同時還考查了學生對圖象的分析和處理能力.本實驗需要注意燈絲的電阻隨溫度的變化而變化.

練習冊系列答案
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(1)實驗過程中,必須用彈簧測力計沿水平方向拉著物塊A做勻速直線運動,這樣做根據(jù)二力平衡便能測量出滑動摩擦力的大小.
(2)在甲、乙、丙所示圖中,分別用F1=1N,F(xiàn)2=2N,F(xiàn)3=1.5N的拉力,拉著物塊A勻速前進.分析甲、乙兩圖可得:在接觸面粗糙程度相同時,壓力越大,滑動摩擦力越大;分析甲、丙兩圖可得:在壓力一定時,接觸面粗糙程度越大,滑動摩擦力越大.
(3)大量實驗進一步證明:在接觸面粗糙程度相同時,滑動摩擦力大小與壓力大小成正比.在丙圖中物塊A上疊放一塊與A相同的物塊B,用彈簧測力計拉著物塊A,使物塊B隨A一起勻速前進(如圖丁所示).此時彈簧測力計示數(shù)為F4,則F4=3N;此運動過程中,物塊B受到的摩擦力為0N.

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質量/g溫度升高10℃所需要的時間/s溫度升高20℃所需要的時間/s溫度升高30℃所需要的時間/s
沙子306489124
3096163220
(1)在此實驗中,用加熱時間的長短來表示物質吸收熱量的多少.
(2)分析下表中的實驗數(shù)據(jù)可知;質量相同的水和沙子,升高相同的溫度時,水吸收的熱量大于(大于/小于)沙子吸收的熱量.
(3)如果加熱相同的時間,質量相同的水和沙子,沙子(沙子/水)升高的溫度更高.
(4)結論(2)和結論(3)反映了水的比熱容較大.

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(1)變阻器連入電路的電阻范圍.
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(3)電壓表的示數(shù)變化范圍.

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A.
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D.
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