Question

【題目】在“探究導體的電流跟電阻的關系”實驗中，老師提供的器材有：電源（電壓恒為3V），電流表、電壓表和開關各一個，五個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，50Ω），滑動變阻器（規(guī)格是“20Ω，2A”），導線若干．

（1）圖甲是小明連接的實物電路，圖中有一根導線連接錯誤，請你在連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線．

（____）

（2）在開關閉合前，應將滑動變阻器的滑片滑至最___（選填“左”或“右”）端．

（3）電路連接無誤后，閉合開關，小明先后將5Ω和10Ω的電阻分別接入電路，移動滑片P進行了二次實驗，數(shù)據(jù)如表格所示．小明緊接著再將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻后，直接讀出電流表示數(shù)示為_____A

物理量 實驗次數(shù)	電阻R（Ω）	電流I （A）
1	5	0.4
2	10	0.2
3	20

（4）小明為了使實驗能繼續(xù)順利進行，還可以使用的定值電阻有______（寫出具體的電阻值，多寫少寫都不給分）

（5）小明將電阻換成標有“2.5V”字樣的小燈泡，測量其不同電壓下的電功率．

①正確連接電路，閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，電流表指針幾乎不動，產生這種現(xiàn)象的原因是______；

②排除故障，繼續(xù)實驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出I﹣U圖象（如圖乙）．由此可求出小燈泡正常發(fā)光時的功率為______W；

（6）完成上述實驗后，小明又利用上述器材重新設計了電路（增加了一個滑動變阻器）如圖丙，測量另一個小燈泡的額定功率，這個小燈泡正常工作的電流為I1．請完成實驗步驟．

①只閉合開關S1，移動滑動變阻器R2的滑片，使電流表示數(shù)為I1；

②只閉合開關S2，保持滑動變阻器R2的滑片位置不變，移動滑動變阻器R1的滑片，使電流表示數(shù)為I1；再______，讀出電流表的示數(shù)為I2；

③則小燈泡的額定功率表達式為P額=________．

Answer 1

【答案】 右 0.12 15Ω 30Ω 燈泡斷路 0.625 將滑動變阻器R2的滑片調到最左端

【解析】

開關閉合前，應將滑動變阻器的滑片滑至阻值最大處；研究電流與電阻的關系時，要控制電壓表示數(shù)不變，根據(jù)歐姆定律，由表中數(shù)據(jù)得出不變的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律求出變阻器連入電路的阻值，再根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電流大��；根據(jù)分壓原理，當變阻器連入電路中的電阻最大時，可得定值電阻的最大值，據(jù)此分析；若電流表指針幾乎不動，燈不亮，說明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；根據(jù)P＝I2R，要測燈的額定功率，測燈正常工作時的電阻是關鍵，先使燈正常發(fā)光，再利用等效替代法，將燈的電阻轉化為測量R1的電阻，根據(jù)歐姆定律，據(jù)此確定操作步驟．

(1)原電路中，電壓表被短路了，應并聯(lián)在電阻的兩端，如下所示：

(2)在開關閉合前，應將滑動變阻器的滑片滑至阻值最大處，即最右端； (3)研究電流與電阻的關系時,要控制電壓表示數(shù)不變,電路連接無誤后,閉合開關,小明先后將5Ω和10Ω的電阻分別接入電路,移動滑片P進行了二次實驗,數(shù)據(jù)如圖乙表格所示。因研究電流與電阻的關系時,要控制電壓表示數(shù)不變,由歐姆定律,電壓表示數(shù)U表＝I1R1＝0.4A×5Ω＝2V；由表中數(shù)據(jù)知,當電阻為R2＝10Ω時,電流為I2＝0.2A，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律,變阻器的電壓U滑＝UU表＝3V2V＝1V.變阻器連入電路中的電阻R滑＝＝5Ω，小明緊接著再將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻后,電路的總電阻R＝R3+R滑＝20Ω+5Ω＝25Ω,故直接讀出電流表示數(shù)示即為此時的電流大小I＝ ＝0.12A； (4)由(3)知,定值電阻的電壓是變阻器電壓的＝2倍，根據(jù)分壓原理，定值電阻的大小是變阻器阻值的2倍，當變阻器連入電路中的電阻為20Ω時，定值電阻最大值為2×20Ω＝40Ω，故除已用的電阻外，小明為了使實驗能繼續(xù)順利進行，還可以使用的定值電阻有15Ω、30Ω的電阻； (5)①經(jīng)分析，閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，電流表指針幾乎不動，產生這種現(xiàn)象的原因是：燈泡斷路；②根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出IU圖象，由圖乙可知，當燈的電壓為2.5V時，通過的電流為0.25A，由此可求出小燈泡正常發(fā)光時的功率為P＝UI＝2.5V×0.25A＝0.625W； (6)分析實驗的原理可以得出其具體的步驟為：①只閉合開關S1,移動滑動變阻器R2的滑片,使電流表示數(shù)為I1；②只閉合開關S2,保持滑動變阻器R2的滑片位置不變,調節(jié)滑動變阻器R1的滑片使電流表示數(shù)為I1；根據(jù)等效替代法,則小燈泡正常發(fā)光的電阻與變阻器R1此時的電阻相同,為測量出此時變阻器R1的電阻,故應將滑動變阻器R2的滑片調到最左端,讀出電流表的示數(shù)為I2;根據(jù)歐姆定律,變阻器R1的電阻即為燈正常發(fā)光時的電阻,即RL＝，小燈泡的額定功率P額＝I21R燈＝I21.