某课外科技小组设计了如图ZX7-1所示的电路来测量电源电压U和待测电阻Rx的值,已知滑动变阻器的最大阻值为20Ω,其实验步骤如下:
图ZX7-1
(1)该小组的同学按电路图连接好电路后,将滑动变阻器的滑片P滑到最右端b点,闭合开关S1、断开开关S2,无论怎样移动滑片P,发现电压表有示数但始终保持不变,则电路故障的原因可能是__________________。(写出一种即可)
(2)排除故障后,将滑动变阻器的滑片P滑到最右端的b点,闭合开关S1和S2,电压表的示数为3V;再断开开关S2,此时电压表的示数为2.4V,则电源电压U=________V,待测电阻Rx=________Ω。
(3)保持开关S1闭合、S2断开,当滑片P恰好滑到滑动变阻器的中点时,电压表的示数应为______V,此时待测电阻Rx的电功率为________W。
(1)滑动变阻器断路 (2)3 5 (3)2 0.2
[解析] (1)将滑动变阻器的滑片P滑到最右端b点,闭合开关S1、断开开关S2,滑动变阻器与电阻Rx串联,电压表测量滑动变阻器两端的电压,无论怎样移动滑片P发现电压表有示数但始终保持不变,说明与电压表并联的滑动变阻器可能断路了,使电压表示数接近于电源电压。
(2)排除故障后,将滑动变阻器的滑片P滑到最右端的b点,闭合开关S1和S2,电压表的示数为3 V,此时电路中仅有滑动变阻器,说明电源电压为3 V;再断开开关S2,滑动变阻器与电阻Rx串联,电压表测量滑动变阻器两端的电压,此时电压表的示数为2.4 V,说明滑动变阻器两端的电压为2.4 V,电路中的电流为I===0.12 A,则待测电阻的阻值Rx===5 Ω。
(3)保持开关S1闭合、S2断开,当滑片P恰好滑到滑动变阻器的中点时,电路中的总电阻为:R总=R′滑+Rx=R滑+Rx=×20 Ω+5 Ω=15 Ω,电路中的电流为I′===0.2 A,则电压表的示数应为U′滑=I′R′滑=0.2 A×10 Ω=2 V;此时待测电阻Rx的电功率为P=I′2Rx=(0.2 A)2×5 Ω=0.2 W。
图ZX7-2甲是用“伏安法”测量未知电阻Rx阻值的实物电路图。
图ZX7-2
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路连接完整,使滑片P向左移动时,电流表示数变小。
(2)闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移到____________处;闭合开关,发现电流表几乎无示数,电压表指针明显偏转,则出现的故障可能是Rx________。
(3)排除故障后,闭合开关,当滑片移动到某位置时,电压表示数为2.4V,电流表示数如图乙所示,其读数为________A,则未知电阻Rx=________Ω。
(4)若实验中电压表损坏,利用其他的原有器材也能测出未知电阻Rx的阻值,实验电路如图丙所示(滑动变阻器最大阻值为R0,电源电压未知且不变),请将下列实验步骤补充完整:
①闭合开关,将滑动变阻器的滑片P移到a端,记录电流表示数I1;
②闭合开关,将滑动变阻器的滑片P移到________,记录电流表示数I2;
③写出待测电阻的表达式:Rx=________。(用已知量和测量量符号表示)
(1)如图所示
(2)阻值最大 断路
(3)0.24 10
(4)②b端 ③
[解析] (4)闭合开关,当滑片移到最左端a时,R0与Rx并联,此时干路电流为I1;接着,把滑片移到最右端b时,Rx被短路,电路中只有R0,此时电流为I2,所以电源电压U=U2=I2R0;当滑片P移到最左端a时,R0与Rx并联,此时干路电流为I1,由于通过R0的电流为I2,所以通过Rx的电流为I1-I2,则Rx=。
“测量小灯泡电功率”的实验电路如图ZX7-3甲所示。电源电压为3V,小灯泡的额定电压为2.5V。
图ZX7-3
(1)闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于________(选填“A”或“B”)端,目的是____________。
(2)实验中,闭合开关,移动滑片P到某个位置时,电压表的示数为2.2V,若想测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向________(选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为________V,这时电流表的示数如图乙所示,读数为________A,则小灯泡的额定功率为________W。
(3)此实验只用电流表而不用电压表也能测小灯泡额定功率,其电路如图丙所示,R0=10Ω,其中关键的一步是必须调节滑动变阻器,使电流表A2的示数为________A时,再读出电流表A1的示数,才能计算出小灯泡的额定功率。
(1)A 保护电路 (2)B 2.5 0.32 0.8
(3)0.25
[解析] (1)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于使其接入电路中的阻值最大的A端;目的是保护电路,使电路中的电流不致过大。(2)若想测量小灯泡的额定功率,应使小灯泡两端的电压即电压表的示数达到其额定电压2.5 V,由题意知则应减小滑动变阻器接入电路的阻值,向B端移动滑片P,使电压表的示数为2.5 V;由题图乙可知,此时电流表使用的是0~0.6 A的量程,则示数为0.32 A;小灯泡的额定功率为:P额=U额I额=2.5 V×0.32 A=0.8 W。(3)图丙电路中,将定值电阻R0与小灯泡并联,它们两端的电压相同。为测出小灯泡的额定功率,应使它们两端的电压为小灯泡的额定电压2.5 V,则电流表A2的示数为I2===0.25 A,再读出电流表A1的示数,才能计算出小灯泡的额定功率。
在“测定小灯泡的电功率”的实验中(小灯泡上标有“3.8V”字样),电源电压恒定。
(1)请你用笔画线代替导线,将图ZX7-4甲中的实物电路连接完整,要求滑动变阻器滑片P向右滑动时灯泡变亮。
图ZX7-4
(2)在检查连接时,滑动变阻器滑片P应移到________(选填“A”或“B”)端,目的是保护电路。
(3)实验时,要使小灯泡正常发光,应移动滑动变阻器滑片P使电压表示数为________V,此时电流表示数如图乙所示,则通过灯泡的电流为______A,灯泡的额定功率为________W。
(4)做完实验后,小明看到实验台上有一个定值电阻R,上边的数字模糊不清,想测出它的阻值,可是发现电压表损坏,经过小组讨论设计了图丙和丁两个电路图,小明认为利用前面的数据和这两个电路图,都能测出R的阻值。你认为能测出R阻值的电路图是图________。
(1)如图所示
(2)A (3)3.8 0.3 1.14 (4)丙
[解析] (1)测小灯泡电功率的实验中,滑动变阻器应串联接入电路中,题中要求“滑动变阻器的滑片P向右端移动时小灯泡变亮”,所以滑片右移时滑动变阻器连入电路的阻值变小,应将接线柱B接入电路中;电压表与灯泡并联,灯泡额定电压为3.8 V,所以电压表应使用0~15 V量程。
(2)为了保护电路,滑片应置于最大阻值处,所以滑动变阻器的滑片P应移到A端。
(3)当电压表示数等于灯泡额定电压3.8 V时,灯泡正常发光;由题图乙所示电流表可知,其量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,则示数为0.3 A,灯泡的额定功率:P额=U额I额=3.8 V×0.3 A=1.14 W。
(4)图丙中,只闭合开关S1时,电流表测通过灯泡的电流,移动滑片使电流表示数等于灯泡正常发光时的电流0.3 A,此时R两端电压等于灯泡的额定电压3.8 V;然后只闭合开关S2,电流表测总电流,根据并联电路的电流特点得到通过R的电流,再由欧姆定律计算出R的电阻,所以图丙可行。图丁中,无论开关处于何种状态,都难以确定灯泡是否正常发光,这样就不能得到R两端的电压和相应的电流,故图丁不可行。
[2017·南京]在“测量小灯泡额定功率”的实验中,小灯泡的额定电压U额=2.5V。
(1)图ZX7-5甲是小明测量小灯泡额定功率的实物电路图,图中有一根导线连接错误,请在这根导线上打“×”,并在图中改正。
图ZX7-5
(2)闭合开关前,滑片P应位于________(选填“A”或“B”)端。
(3)闭合开关,移动滑片P直到电压表示数为2.5V,此时电流表示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为________W。
(4)小华设计了如图丙所示的电路也完成了该实验。请完成下列填空(电源电压不变,R1和R2为滑动变阻器,R2的最大阻值为R0)。
①只闭合开关________,调节R2,使电压表的示数为2.5V;
②只闭合开关________,调节____,使电压表的示数仍为2.5V;
③接着将R2的滑片P调至最左端,记下电压表的示数为U1;再将R2的滑片P调至最右端,记下电压表的示数为U2。则小灯泡额定功率的表达式P额=________。(用U额、R0、U1、U2表示)
(1)如图所示
(2)B (3)0.65
(4)①S、S1 ②S、S2 R1
③
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