小明为测量小灯泡正常发光时的电阻(阻值约10Ω),请在甲方框中设计实验所需的电路图.已知电源电压为6V,灯泡正常发光电压为3.6V,滑动变阻器标有“2 0Ω 1A”字样.
(1)图乙是小明根据电路图连接的实物图.闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡的亮度________;经检查,是由于一根导线连接错误.请你在实物图中连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线;
(2)若电压表0~15V的量程损坏,为完成实验,请你使用原有器材重新设计一个电路,并将设计的电路图画在上面的虚线框内;
(3)根据你的设计重新连接电路进行实验.闭合开关,移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为________V,小灯泡正常发光,此时电流表的示数为0.4A,则小灯泡的电阻是________Ω;
(4)若实验中所用器材均良好,但某同学在实验中发现电流表的指针几乎不动,而电压表的示数较大,则电路中发生故障的原因是________.
(5)小丽同学按甲图所示的电路图进行实验,如果将滑动变阻器的阻值变小时,则电流表的示数将________,电压表的示数将________,电压表与电流表比值将________(以上选填“变大、变小、不变”)
解:电压表与灯泡并联,电流表与灯泡串联,然后与滑动变阻器、电源、开关组成电路,如下图所示:
(1)由图乙知,电压表与灯泡串连接入电路,电路断路,闭合开关后,灯泡不发光;把灯泡右端接线柱与电压表负极相连即可,如下图所示:
(2)电压表0~15V量程损坏,电压表与滑动变阻器并联,电路图如下图所示:
(3)当灯泡电压为额定电压时灯泡正常发光,
∵并联电路的总电阻等于各分电压之和,
∴滑动变阻器两端电压,即电压表示数U滑=U-UL=6V-3.6V=2.4V,
根据欧姆定律可得:
此时灯泡的电阻RL===9Ω;
(4)实验中所用器材均良好,但某同学在实验中发现电流表的指针几乎不动,而电压表的示数较大,则电路中发生故障的原因是灯泡被断路;
(5)滑动变阻器的阻值变小时,电路中的总电阻变小,根据欧姆定律可知电路中的电流变大,灯泡两端的电压变大,
∵电压表与电流表比值等于灯泡的电阻,且灯泡电阻随温度的增大而增大,
∴电压表与电流表比值将变大.
故答案为:电路图如上图所示;
(1)不变;修改的电路图如上图所示;
(2)电路图如上图所示;
(3)2.4;9;
(4)灯泡被断路;
(5)变大;变大;变大.
伏安法测电阻就是利用电压表并联在灯泡的两端测电压,电流表串联在电路中测通过的电流,然后与保护电路的滑动变阻器、电源、开关组成电路,据此设计电路图.
(1)电压表应与小灯泡并联,由图乙可知,电压表串连接入电路,电路断路,闭合开关灯泡不发光,电压表连线错误,把灯泡右端接线柱与电压表负极相连即可;
(2)电压表0~15V量程损坏,只能使用0~3V量程,灯泡正常发光时灯泡电压是3.8V>3V,此时滑动变阻器两端电压是6V-3.8V=2.2V,因此电压表不能测灯泡两端电压,可用电压表测滑动变阻器两端电压,据此设计实验电路图;
(3)灯泡电压为额定电压时,灯泡正常发光,由串联电路特点求出电压表示数,再根据欧姆定律求出此时小灯泡的电阻;
(4)电压表有示数说明电压表两接线柱与电源两端是通路,电流表无示数说明电路断路即电压表并联的部分断路;
(5)滑动变阻器的阻值变小时,电路中的总电阻变小,根据欧姆定律可知电路中电流的变化和灯泡两端的电压变化,再根据欧姆定律可知电压表与电流表比值等于灯泡的电阻,由灯泡电阻随温度的增大而增大可知两电表比值的变化.
点评:(1)实验过程中,做好手和眼的分工.
(2)在实物图中找出错误之处,对电压表、电流表、滑动变阻器的正确使用逐条分析,防止遗漏错误.
(3)在电压表的合适量程损坏时,把电压表并联在滑动变阻器的两端是常用的方法.