Question

19．小明、小聰和小丁在測未知電阻Rx阻值的實驗中，所用實驗器材如下：
A．待測電阻Rx     B．電壓表V（量程0～3V，量程0～15V）
C．電流表A（量程0～0.6A，0～3A）E．滑動變阻器三個：
甲：“5Ω  0.5A”乙：“10Ω  0.5A”丙：“20Ω  1.0A”
F．蓄電池（電壓恒為6V）G．開關S一個，導線若干．
小明按如圖正確串聯(lián)好實驗器材后，將電壓表并聯(lián)在電路中（部分器材的連接未畫出），然后進行實驗：

（1）小明閉合開關，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器測得幾組數(shù)據(jù)，并由此計算出待測電阻的阻值，有關記錄和計算如表中所示．小聰認為一個電阻三次測量的結果不可能相差這么大，分析應該是在連接電路時出現(xiàn)了問題，導致表格中的數(shù)據(jù)有錯，表格中錯誤的數(shù)據(jù)是電壓（填“電流”、“電壓”或“電阻”）．

實驗次數(shù)	1	2	3
電壓/V	2.4	1.8	1.0
電流/A	0.34	0.40	0.48
電阻/Ω	7.1	4.5	2.1

（2）請你根據(jù)以上信息用筆畫線將小明的電路圖連接完整．
（3）實驗中，小明選用的滑動變阻器是乙（選填“甲”、“乙”或“丙”）
（4）小丁只用一個電壓表就測出了額定電流為I₀的小燈泡正常發(fā)光時的電功率（老師另外給了一個開關S₁），請你利用上面符合條件的器材（只用滑動變阻器，燈不能正常發(fā)光），設計并在虛線方框內(nèi)畫出小丁測量小燈泡正常發(fā)光時電功率的電路圖（部分電路已畫好），要求：連接好電路后，不再拆接元件就能測出小燈泡正常發(fā)光時的電功率、寫出實驗的主要步驟和小燈泡正常發(fā)光時電功率的表達式．
實驗步驟：
A．閉合開關S₁，斷開S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為 I₀R_x；B．保持滑動變阻器的滑片P不動，閉合開關S，斷開S₁，讀出電壓表的示數(shù)為U．電功率的表達式P=（U-I₀R_x）I₀．

Answer 1

分析 （1）隨電流的增大，待測電阻的電壓也應增大，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器的電壓應減小，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，確定變阻器連接方式，據(jù)此分析；
（2）在（1）的基礎上，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，確定電壓表選用小量程，與變電阻并聯(lián)；
（3）根據(jù)表中第1次實驗數(shù)據(jù)，由歐姆定律求出變阻器連入電路中的電阻確定變阻器的規(guī)格；
（4）因只用滑動變阻器，燈不能正常發(fā)光，即變阻器分去的電壓較小，燈的電壓大于額定電壓，故應將電阻R_x與燈和變阻器串聯(lián)，通過移動變阻器滑片，使R_x的電壓為I₀R_x，則與R_x串聯(lián)的燈正常發(fā)光；保持滑片位置不動，通過開關的轉換，使電壓表測燈與R_x的電壓U，因電路的連接方式及各電阻大小和電壓不變，燈仍正常工作，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可得出此時此時燈的額定電壓，根據(jù)P=UI可求燈的額定功率，據(jù)此設計電路和寫出實驗步驟．

解答 解：（1）由實物圖可知，電流表連接正確，根據(jù)歐姆定律的變形公式U=IR，隨電流的增大，待測電阻的電壓也應增大，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器的電壓應減小，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，電壓表示數(shù)減小，故電壓表并聯(lián)在變阻器兩端了測量是變阻器的電壓，導致表格中的電壓數(shù)據(jù)有錯；
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，電壓表選用小量程，與變阻器并聯(lián)，如下左所示；

（3）根據(jù)表中第1次實驗數(shù)據(jù)，變阻器連入電路中的電阻R_滑=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.4V}{0.34A}$≈7.1Ω＞5Ω，故選用“10Ω 0.5A”乙變阻器；
（4）將電阻R_x與燈和變阻器串聯(lián)，通過開關的轉換，電壓表可分別測R_x與燈和變阻器的電壓，設計的電路圖如上右所示；
實驗主要步驟：
A．閉合開關S₁，斷開S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為I₀R_x；
B．保持滑動變阻器的滑片P不動，閉合開關S，斷開S₁，讀出電壓表的示數(shù)為U；
在A操作中，電壓表測R_x的電壓，在B操作中，電壓表測燈和變阻器的電壓，因各電阻大小和電壓都不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈正常工作時的電壓U_L=U-I₀R_x，
燈的額定功率P=U_LI₀=（U-I₀R_x）I₀．
故答案為：（1）電壓；
（2）連接如上圖左所示：
（3）乙；
（4）電路圖如上右所示；
主要步驟：
A．閉合開關S₁，斷開S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為 I₀Rx；
B．保持滑動變阻器的滑片P不動，閉合開關S，斷開S₁，讀出電壓表的示數(shù)為U；
表達式：P=（U-I₀R_x）I₀．

點評 本題測未知電阻Rx阻值，考查對電路的分析、電路的連接、對器材的要求，同時還考查了設計實驗方案測電的能力，難度較大．