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3. 新素养 科学思维 (2024·福建福州模拟)小明用如图甲所示电路测量额定电压为$2.5\mathrm{V}$的小灯泡正常发光时的电阻.
(1) 请用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整,使滑片向左移动时灯泡变亮.
(2) 连接好电路,闭合开关,发现小灯泡没有发光,但电流表、电压表均有示数,接下来应进行的操作是____.
(3) 滑片在某一位置时,电压表示数为$2\mathrm{V}$,为测量小灯泡正常发光的电阻,应缓慢将滑片$P$向____移动;小灯泡正常发光时电流表示数如图乙,小灯泡的电阻是____$\Omega$(计算结果保留一位小数).
(4) 小明根据实验数据画出小灯泡的$U-I$关系图像如图丙中的曲线所示,结合图像可知,小灯泡的电阻不是定值,原因是灯丝电阻____.
(5) 在某两次调节中,滑动变阻器接入电路的阻值减小了$\Delta R_{1}$,小灯泡的阻值变化了$\Delta R_{2}$,根据小灯泡电阻的变化规律可知$\Delta R_{1}$____(选填"$＞$""$＜$"或"$=$")$\Delta R_{2}$.
(6) 为了测量待测电阻$R_{x}$的阻值,利用现有器材,增加一个单刀双掷开关,小明又设计了如图丁所示的电路图,实验步骤如下:
① 如图丁所示,应将待测电阻$R_{x}$接入虚线框____(选填"$1$"或"$2$")中,另一个虚线框接电线,将开关$S接a$后,闭合开关$S_{1}$,调节电阻箱$R_{0}为5\Omega$后,调节滑动变阻器滑片$P使电流表示数为0.3\mathrm{A}$;
② 将开关$S接b$、滑动变阻器的滑片$P$保持不动,调节电阻箱$R_{0}使电流表示数为0.3\mathrm{A}$,读出$R_{0}示数为23.3\Omega$;
③ 则可计算$R_{x}= $____$\Omega$.
(1) 请用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整,使滑片向左移动时灯泡变亮.
(2) 连接好电路,闭合开关,发现小灯泡没有发光,但电流表、电压表均有示数,接下来应进行的操作是____.
(3) 滑片在某一位置时,电压表示数为$2\mathrm{V}$,为测量小灯泡正常发光的电阻,应缓慢将滑片$P$向____移动;小灯泡正常发光时电流表示数如图乙,小灯泡的电阻是____$\Omega$(计算结果保留一位小数).
(4) 小明根据实验数据画出小灯泡的$U-I$关系图像如图丙中的曲线所示,结合图像可知,小灯泡的电阻不是定值,原因是灯丝电阻____.
(5) 在某两次调节中,滑动变阻器接入电路的阻值减小了$\Delta R_{1}$,小灯泡的阻值变化了$\Delta R_{2}$,根据小灯泡电阻的变化规律可知$\Delta R_{1}$____(选填"$＞$""$＜$"或"$=$")$\Delta R_{2}$.
(6) 为了测量待测电阻$R_{x}$的阻值,利用现有器材,增加一个单刀双掷开关,小明又设计了如图丁所示的电路图,实验步骤如下:
① 如图丁所示,应将待测电阻$R_{x}$接入虚线框____(选填"$1$"或"$2$")中,另一个虚线框接电线,将开关$S接a$后,闭合开关$S_{1}$,调节电阻箱$R_{0}为5\Omega$后,调节滑动变阻器滑片$P使电流表示数为0.3\mathrm{A}$;
② 将开关$S接b$、滑动变阻器的滑片$P$保持不动,调节电阻箱$R_{0}使电流表示数为0.3\mathrm{A}$,读出$R_{0}示数为23.3\Omega$;
③ 则可计算$R_{x}= $____$\Omega$.
答案：
(1) 如图所示
(2) 移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡是否发光
(3) 左 8.3
(4) 随温度的升高而增大
(5) $ ＞ $
(6) ① 2 ③ 10
解析：
(2) 连接好电路，闭合开关，电流表、电压表均有示数，说明电路是通路，灯泡没有发光可能是电路中电流太小，故接下来应进行的操作是：移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡是否发光。
(3) 滑片在某一位置时，电压表示数为 $2 \, \text{V}$，小于小灯泡的额定电压 $2.5 \, \text{V}$，为测量小灯泡正常发光时的电阻，应增大小灯泡两端的电压，则应减小滑动变阻器两端的电压，由串联分压可知，应减小滑动变阻器接入电路的阻值，故应缓慢将滑片 $P$ 向左移动；由图甲可知，电流表选用小量程，则由图乙可知，小灯泡正常发光时电流表示数为 $0.3 \, \text{A}$，所以小灯泡正常发光时的电阻 $R_{\text{L}} = \dfrac{U_{\text{L}}}{I_{\text{L}}} = \dfrac{2.5 \, \text{V}}{0.3 \, \text{A}} \approx 8.3 \, \Omega$。
(4) 由图丙可知，小灯泡的电阻不是定值，主要原因是灯泡两端电压越大，通过的电流越大，温度越高，灯丝的电阻随温度的升高而增大。
(5) 当滑动变阻器接入电路的阻值变小时（总电阻也会变小），由串联分压可知，其两端的电压变小，则小灯泡两端的电压变大，由图丙知小灯泡电阻变大，但总电阻变小，由总电阻 $R = R_{\text{滑}} + R_{\text{灯}}$ 可知，只有当 $R_{\text{滑}}$ 的减小量大于 $R_{\text{灯}}$ 的增加量才会使总电阻变小，则 $ \Delta R_1 ＞ \Delta R_2$。
(6) ① 要测 $R_x$ 的阻值，首先要使 $R_x$ 与灯泡串联，即将 $R_x$ 接入图丁虚线框 2 中；③ 由于电流前后不变，滑动变阻器接入电路的阻值不变，根据等效替代法可知，步骤 ② 中电阻箱的示数与步骤 ① 中 $R_x$、小灯泡的阻值和电阻箱的示数之和相等，即 $R_{02} = R_x + R_{\text{L}} + R_{01}$，解得 $R_x = R_{02} - R_{01} - R_{\text{L}} = 23.3 \, \Omega - 5 \, \Omega - 8.3 \, \Omega = 10 \, \Omega$。
(1) 如图所示
(2) 移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡是否发光
(3) 左 8.3
(4) 随温度的升高而增大
(5) $ ＞ $
(6) ① 2 ③ 10
解析：
(2) 连接好电路，闭合开关，电流表、电压表均有示数，说明电路是通路，灯泡没有发光可能是电路中电流太小，故接下来应进行的操作是：移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡是否发光。
(3) 滑片在某一位置时，电压表示数为 $2 \, \text{V}$，小于小灯泡的额定电压 $2.5 \, \text{V}$，为测量小灯泡正常发光时的电阻，应增大小灯泡两端的电压，则应减小滑动变阻器两端的电压，由串联分压可知，应减小滑动变阻器接入电路的阻值，故应缓慢将滑片 $P$ 向左移动；由图甲可知，电流表选用小量程，则由图乙可知，小灯泡正常发光时电流表示数为 $0.3 \, \text{A}$，所以小灯泡正常发光时的电阻 $R_{\text{L}} = \dfrac{U_{\text{L}}}{I_{\text{L}}} = \dfrac{2.5 \, \text{V}}{0.3 \, \text{A}} \approx 8.3 \, \Omega$。
(4) 由图丙可知，小灯泡的电阻不是定值，主要原因是灯泡两端电压越大，通过的电流越大，温度越高，灯丝的电阻随温度的升高而增大。
(5) 当滑动变阻器接入电路的阻值变小时（总电阻也会变小），由串联分压可知，其两端的电压变小，则小灯泡两端的电压变大，由图丙知小灯泡电阻变大，但总电阻变小，由总电阻 $R = R_{\text{滑}} + R_{\text{灯}}$ 可知，只有当 $R_{\text{滑}}$ 的减小量大于 $R_{\text{灯}}$ 的增加量才会使总电阻变小，则 $ \Delta R_1 ＞ \Delta R_2$。
(6) ① 要测 $R_x$ 的阻值，首先要使 $R_x$ 与灯泡串联，即将 $R_x$ 接入图丁虚线框 2 中；③ 由于电流前后不变，滑动变阻器接入电路的阻值不变，根据等效替代法可知，步骤 ② 中电阻箱的示数与步骤 ① 中 $R_x$、小灯泡的阻值和电阻箱的示数之和相等，即 $R_{02} = R_x + R_{\text{L}} + R_{01}$，解得 $R_x = R_{02} - R_{01} - R_{\text{L}} = 23.3 \, \Omega - 5 \, \Omega - 8.3 \, \Omega = 10 \, \Omega$。
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