小明在拆装手电筒时,发现手电筒的小灯泡上标有“3.8V”的字样,但上面的电流值已经模糊不清,他想通过实验测量该灯泡正常发光时的电阻,图甲为他所连的实验电路.
(1)电池盒中至少有________节干电池.
(2)经检查发现电路接线有错误,小雨只做了一处改动就闭合开关进行实验.请在他接错的导线上打上“×”,并改正.
(3)实验时,小雨移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数为3.8V 时,电流表的示数如图乙所示.则该小灯泡的额定电流为________A,正常发光时的电阻为________Ω.
(4)在此实验的基础上,老师又出示为数百欧的电阻RX,提问能否用上述方法进行测量.同学们分析得出上述方案不行,原因是:________.接着,小明与其他同学经过讨论,通过增加一电阻箱R0(0~9999Ω 5A)、定值电阻(200Ω 2A)、单刀双掷开关等器材,设计出了A、B两种不同方案,其电路图如下:
①A方案所涉及的思想方法是________.
②在A、B两种不同的方案中,你认为方案________的设计可以让测量结果更准确,理由是:________.
解:
(1)小灯泡的额定电压为3.8V,要使小灯泡正常发光,两端电压不能小于3.8V;一节干电池的电压为1.5V,所以最少选择三节干电池串联作为电源.
(2)由实物图知,滑动变阻器上面的两个接线柱同时接入了电路,此时移动滑片,不能改变电路电流,必须要“一上一下”选择接线柱.
(3)电流表选择的是0~0.6A量程,小灯泡正常工作的电流为I=0.3A,灯泡额定电压为U=3.8V,所以灯丝电阻为R===12.7Ω
(4)电流与电阻成反比,电阻越大,电流越小,阻值太大,电流太小,无法测出;
①用阻值很大的电阻箱和定值电阻代替滑动变阻器,应用的是探究实验的基本方法之一--等效替换法;
②方案A通过改变开关S连接a或b的位置,改变待测电阻Rx和电阻箱R与定值电阻R0的串联关系,虽能得出待测电阻的阻值,但只能得到一组数据,测量次数太少,误差较大;方案B可以根据需要改变电阻箱的阻值,从而得到多组实验数据,然后取平均值,误差更小.所以采用B方案.
故答案为:
(1)三;
(2)电路改正如右上图:
(3)0.3;12.7;
(4)阻值太大,电流太小,无法测出;
①等效替换法;
②B;可以进行多次测量求平均值,以减小误差.
(1)为使小灯泡正常发光,电源电压必须大于或等于小灯泡的额定电压;
(2)滑动变阻器依靠改变接入电路的电阻线的长度改变电阻,连接方法是“一上一下”;
(3)读取电流表示数时,首先要明确电流表选择的量程和对应的分度值;已知灯泡额定电压和正常工作的电流,利用公式R=可以计算灯丝电阻;
(4)在电源电压一定时,通过导体的电流随导体电阻的增大而减小;
①阻值特别大的电阻Rx与滑动变阻器如果串联,由于电压与电阻成正比,电源电压基本都加在了电阻Rx两端,用阻值很大的电阻箱和定值电阻代替滑动变阻器,可以使电压分配更合理,更便于测量;
②比较不同实验方案的合理性,应该看能否达到实验目的,能否尽可能减小误差.
点评:本题最后一步难度较大,但体现了研究物理问题的基本方法--等效替换法.在解决实际问题时,很有借鉴意义.
物理学习经验分享:因素分析法,运用有关物理公式,列出与问题有关的和类关系式,了解不变因素,分析问题涉及的变量,作出解答。例如:同一物体在同一水平面上分别以5米/秒的速度和1米/秒的速度作匀速直线运动,摩擦力的大小怎样变化。