Question

小明在拆裝手電筒時，發現手電筒的小燈泡上標有“3.8V”的字樣，但上面的電流值已經模糊不清，他想通過實驗測量該燈泡正常發光時的電阻，圖甲為他所連的實驗電路．
（1）經檢查發現電路接線有錯誤，小雨只做了一處改動就閉合開關進行實驗．請在他接錯的導線上打上“×”，并改正．
（2）電路連接正確后好，閉合開關后，發現燈泡不發光，電流表無示數，但電壓表示數接近電源電壓，則產生此故障的原因可能是

燈泡斷路

．
（3）排除故障后繼續實驗時，小雨移動滑動變阻器的滑片，當電壓表的示數為3.8V 時，電流表的示數如圖乙所示．則該小燈泡的額定電流為

0.3

A，正常發光時的電阻為

12.7

Ω．
（4）在此實驗的基礎上，老師又出示了數百歐的電阻R_X，提問能否用上述方法進行測量．同學們分析得出上述方案不行，原因是：

阻值太大，電流太小，無法測出

．
接著，小明與其他同學經過討論，通過增加一電阻箱R₀（0～9999Ω  5A）、定值電阻（200Ω 2A）、單刀雙擲開關等器材，設計出了A、B兩種不同方案，其電路圖如下：

①A方案所涉及的思想方法是

等效替換法

．
②在A、B兩種不同的方案中，你認為方案

B

的設計可以讓測量結果更準確，理由是：

B方案可以進行多次測量求平均值，以減小誤差

．

Answer 1

分析：（1）滑動變阻器依靠改變接入電路的電阻線的長度改變電阻，連接方法是“一上一下”；
（2）發現燈泡不發光，可能是燈泡斷路或短路或燈泡之外電路斷路；電流表無示數，說明電路存在斷路；電壓表示數接近電源電壓，說明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯電路之外不存在斷路；綜合分析可知電路故障原因是燈泡斷路；
（3）確定電流表量程、最小分度值，讀出電流表示數；由歐姆定律求出燈泡正常發光時的電阻；
（4）在電源電壓一定時，通過導體的電流隨導體電阻的增大而減小，如果電路電流太小，電流表無法測量或測量誤差太大，距此分析能否測待測電阻阻值；
①由圖知，開關分別接a或b時，待測電阻與電阻箱分別與定值電阻串聯，當待測電阻阻值與電阻箱阻值相等時，電壓表示數相等，此實驗設計應用了等效替代法；
②阻值特別大的電阻Rx與滑動變阻器如果串聯，由于電壓與電阻成正比，電源電壓基本都加在了電阻Rx兩端，用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動變阻器，可以使電壓分配更合理，更便于測量；比較不同實驗方案的合理性，應該看能否達到實驗目的，能否盡可能減小誤差．

解答：解：（1）由實物電路圖可知，滑動變阻器上面的兩個接線柱同時接入了電路，此時移動滑片，不能改變電路電流，必須要“一上一下”選擇接線柱，電路圖如圖所示；
故答案為：電路圖如圖所示．
（2）電路連接正確后好，閉合開關后，發現燈泡不發光，電流表無示數，但電壓表示數接近電源電壓，則產生此故障的原因可能是燈泡斷路；
故答案為：燈泡斷路．
（3）由圖知電流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數I=0.3A；燈泡正常發光時的電阻R=

U

I

=

3.8V

0.3A

=12.7Ω；
故答案為：0.3；12.7．
（4）電流與電阻成反比，電阻越大，電流越小，由于電阻R_X阻值太大，接入電路后，電路電流太小，無法測出電流；
①用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動變阻器，應用的是探究實驗的基本方法之一--等效替換法；
②方案A通過改變開關S連接a或b的位置，改變待測電阻Rx和電阻箱R與定值電阻R₀的串聯關系，雖能得出待測電阻的阻值，但只能得到一組數據，測量次數太少，誤差較大；方案B可以根據需要改變電阻箱的阻值，從而得到多組實驗數據，然后取平均值，誤差更小．所以采用B方案．
故答案為：阻值太大，電流太小，無法測出；
①等效替換法； ②B；B方案可以進行多次測量求平均值，以減小誤差．

點評：本題考查了電路連接、電路故障分析、電流表讀數、求燈泡電阻、實驗方案的選取；本題最后一步難度較大，但體現了研究物理問題的基本方法--等效替換法．在解決實際問題時，很有借鑒意義．