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5. 提升题 某同学在做“测量小灯泡的电阻”的实验时，选用的小灯泡上标有“3.8 V”（当小灯泡两端的电压为3.8 V时，小灯泡正常发光）字样，其电阻约为10 Ω。该同学连接了图17.3-10甲所示的电路，电源电压为6 V。
图17.3-10
(1)连接电路后，闭合开关前滑动变阻器的滑片应移到
(2)有A(5 Ω,0.6 A)、B(10 Ω,0.5 A)和C(20 Ω,0.3 A)三个滑动变阻器可供选择，则应该选择
(3)下表为该同学的实验记录表。
分析数据可知小灯泡正常发光时的电阻为
(4)在某次实验时，因电流表出现了故障而不能使用，该同学向老师借了一个定值电阻$R_0$（阻值已知）、一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了图17.3-10乙所示的实验电路，测出了小灯泡正常发光时的电阻。请你帮他完成下列实验步骤。
①连接好实验电路，闭合开关$S_1$，将开关$S_2$拨到触点2，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为
②保持滑动变阻器的滑片的位置不变，再将开关$S_2$拨到触点1，读出电压表的示数$U$；
③小灯泡正常发光时的电阻$R=$
图17.3-10
(1)连接电路后，闭合开关前滑动变阻器的滑片应移到
A
（选填“A”或“B”）端。闭合开关后无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电流表和电压表均无示数，则出现的故障可能是滑动变阻器断路
。(2)有A(5 Ω,0.6 A)、B(10 Ω,0.5 A)和C(20 Ω,0.3 A)三个滑动变阻器可供选择，则应该选择
B
滑动变阻器连入电路中，才能保证实验顺利进行。(3)下表为该同学的实验记录表。
分析数据可知小灯泡正常发光时的电阻为
9.5
Ω。该表格的设计存在的问题是灯泡的电阻会随温度变化，求平均值无意义
。(4)在某次实验时，因电流表出现了故障而不能使用，该同学向老师借了一个定值电阻$R_0$（阻值已知）、一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了图17.3-10乙所示的实验电路，测出了小灯泡正常发光时的电阻。请你帮他完成下列实验步骤。
①连接好实验电路，闭合开关$S_1$，将开关$S_2$拨到触点2，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为
3.8
V；②保持滑动变阻器的滑片的位置不变，再将开关$S_2$拨到触点1，读出电压表的示数$U$；
③小灯泡正常发光时的电阻$R=$
$\frac{3.8\ \mathrm{V}}{U-3.8\ \mathrm{V}}· R_0$
。答案
5. (1) A；断路
(2) B
(3) 9.5 Ω；灯泡的电阻会随温度变化，求平均值无意义
(4) ① 3.8 V
③ $\frac{3.8\ \mathrm{V}}{U-3.8\ \mathrm{V}}· R_0$
解析
【分析】
本题为“测量小灯泡的电阻”的综合实验题，解题思路如下：
1. 第(1)问：闭合开关前滑动变阻器需调至最大阻值处，根据滑动变阻器接线判断滑片位置；电表均无示数说明电路断路，结合故障特点分析。
2. 第(2)问：先计算灯泡正常发光时的电流，再根据串联电路电压规律算出滑动变阻器需分担的电压，进而求出所需最小阻值，结合滑动变阻器的额定电流选择合适的器材。
3. 第(3)问：灯泡正常发光时电压为额定电压，对应电流计算电阻；灯泡电阻随温度变化，求平均值无意义，分析表格设计的问题。
4. 第(4)问：特殊方法测电阻，利用电压表和已知定值电阻，先让灯泡正常发光，再测总电压，结合串联电路电流相等的规律计算灯泡电阻。
【解析】
(1) 闭合开关前，滑动变阻器应调至接入电路阻值最大处，图甲中滑动变阻器接B接线柱，滑片移到A端时接入电阻丝最长，阻值最大，故填A；闭合开关后电流表、电压表均无示数，说明电路断路，若滑动变阻器断路则整个电路断开，两表均无示数，若其他部分断路（如灯泡），电压表会串联在电路中有示数，故故障为滑动变阻器断路。
(2) 灯泡正常发光时的电流：$I=\frac{U_{额}}{R_{灯}}=\frac{3.8\ \mathrm{V}}{10\ \Omega}=0.38\ \mathrm{A}$；滑动变阻器需分担的电压：$U_{滑}=U - U_{额}=6\ \mathrm{V}-3.8\ \mathrm{V}=2.2\ \mathrm{V}$；滑动变阻器所需最小阻值：$R_{滑}=\frac{U_{滑}}{I}=\frac{2.2\ \mathrm{V}}{0.38\ \mathrm{A}}\approx5.79\ \Omega$，且滑动变阻器允许的最大电流需大于0.38A，A（5Ω，0.6A）阻值不足，C（20Ω，0.3A）额定电流小于0.38A，故选B滑动变阻器。
(3) 灯泡正常发光时电压为3.8V，由实验数据得对应电流为0.4A，故电阻：$R=\frac{U_{额}}{I}=\frac{3.8\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=9.5\ \Omega$；灯泡的电阻随温度升高而增大，不同电压下灯泡温度不同，电阻不同，求电阻平均值无意义，故表格设计的问题是不该求电阻的平均值。
(4) ① 要使小灯泡正常发光，需让其两端电压为额定电压3.8V，因此将开关$S_2$拨到触点2时，移动滑片使电压表示数为3.8V；② 保持滑片位置不变，$S_2$拨到触点1，测灯泡和$R_0$的总电压$U$，则$R_0$两端电压为$U - 3.8\ \mathrm{V}$，电路电流$I=\frac{U - 3.8\ \mathrm{V}}{R_0}$，该电流等于灯泡正常发光的电流，故灯泡电阻：$R=\frac{U_{额}}{I}=\frac{3.8\ \mathrm{V}}{\frac{U - 3.8\ \mathrm{V}}{R_0}}=\frac{3.8\ \mathrm{V} · R_0}{U - 3.8\ \mathrm{V}}$。
【答案】
5. (1) A；断路
(2) B
(3) 9.5 Ω；灯泡的电阻会随温度变化，求平均值无意义
(4) ① 3.8 V；③ $\frac{3.8\ \mathrm{V} · R_0}{U - 3.8\ \mathrm{V}}$
【知识点】
测量小灯泡的电阻、滑动变阻器的使用、欧姆定律的应用
【点评】
本题是测量小灯泡电阻的综合提升题，涵盖滑动变阻器操作、电路故障分析、器材选择、电阻计算及特殊方法测电阻，重点考查实验原理和电路规律的掌握，需注意灯泡电阻随温度变化的特点，特殊方法测电阻的核心是利用串联电路电流相等的规律。
【难度系数】
0.4
本题为“测量小灯泡的电阻”的综合实验题，解题思路如下：
1. 第(1)问：闭合开关前滑动变阻器需调至最大阻值处，根据滑动变阻器接线判断滑片位置；电表均无示数说明电路断路，结合故障特点分析。
2. 第(2)问：先计算灯泡正常发光时的电流，再根据串联电路电压规律算出滑动变阻器需分担的电压，进而求出所需最小阻值，结合滑动变阻器的额定电流选择合适的器材。
3. 第(3)问：灯泡正常发光时电压为额定电压，对应电流计算电阻；灯泡电阻随温度变化，求平均值无意义，分析表格设计的问题。
4. 第(4)问：特殊方法测电阻，利用电压表和已知定值电阻，先让灯泡正常发光，再测总电压，结合串联电路电流相等的规律计算灯泡电阻。
【解析】
(1) 闭合开关前，滑动变阻器应调至接入电路阻值最大处，图甲中滑动变阻器接B接线柱，滑片移到A端时接入电阻丝最长，阻值最大，故填A；闭合开关后电流表、电压表均无示数，说明电路断路，若滑动变阻器断路则整个电路断开，两表均无示数，若其他部分断路（如灯泡），电压表会串联在电路中有示数，故故障为滑动变阻器断路。
(2) 灯泡正常发光时的电流：$I=\frac{U_{额}}{R_{灯}}=\frac{3.8\ \mathrm{V}}{10\ \Omega}=0.38\ \mathrm{A}$；滑动变阻器需分担的电压：$U_{滑}=U - U_{额}=6\ \mathrm{V}-3.8\ \mathrm{V}=2.2\ \mathrm{V}$；滑动变阻器所需最小阻值：$R_{滑}=\frac{U_{滑}}{I}=\frac{2.2\ \mathrm{V}}{0.38\ \mathrm{A}}\approx5.79\ \Omega$，且滑动变阻器允许的最大电流需大于0.38A，A（5Ω，0.6A）阻值不足，C（20Ω，0.3A）额定电流小于0.38A，故选B滑动变阻器。
(3) 灯泡正常发光时电压为3.8V，由实验数据得对应电流为0.4A，故电阻：$R=\frac{U_{额}}{I}=\frac{3.8\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=9.5\ \Omega$；灯泡的电阻随温度升高而增大，不同电压下灯泡温度不同，电阻不同，求电阻平均值无意义，故表格设计的问题是不该求电阻的平均值。
(4) ① 要使小灯泡正常发光，需让其两端电压为额定电压3.8V，因此将开关$S_2$拨到触点2时，移动滑片使电压表示数为3.8V；② 保持滑片位置不变，$S_2$拨到触点1，测灯泡和$R_0$的总电压$U$，则$R_0$两端电压为$U - 3.8\ \mathrm{V}$，电路电流$I=\frac{U - 3.8\ \mathrm{V}}{R_0}$，该电流等于灯泡正常发光的电流，故灯泡电阻：$R=\frac{U_{额}}{I}=\frac{3.8\ \mathrm{V}}{\frac{U - 3.8\ \mathrm{V}}{R_0}}=\frac{3.8\ \mathrm{V} · R_0}{U - 3.8\ \mathrm{V}}$。
【答案】
5. (1) A；断路
(2) B
(3) 9.5 Ω；灯泡的电阻会随温度变化，求平均值无意义
(4) ① 3.8 V；③ $\frac{3.8\ \mathrm{V} · R_0}{U - 3.8\ \mathrm{V}}$
【知识点】
测量小灯泡的电阻、滑动变阻器的使用、欧姆定律的应用
【点评】
本题是测量小灯泡电阻的综合提升题，涵盖滑动变阻器操作、电路故障分析、器材选择、电阻计算及特殊方法测电阻，重点考查实验原理和电路规律的掌握，需注意灯泡电阻随温度变化的特点，特殊方法测电阻的核心是利用串联电路电流相等的规律。
【难度系数】
0.4
