Question

4．某實驗小組在探究實驗時，實驗室可供使用的器材有：
A．電流表（量程0～0.6A，0～3A）     B．電壓表（量程0～3V，0～15V）
C．定值電阻R₁（阻值為30Ω ）        D．定值電阻R₂  （阻值為10Ω ）
E．滑動變阻器R_l′（10Ω，2A ）         F．滑動變阻器R₂'（100Ω，1A）
G．干電池二節(jié)（一節(jié)干電池的電壓為1.5V）
H．開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干．
（1）利用以上部分器材探究“電阻一定時，電流與電壓的關(guān)系”，要求實驗過程中電表的最大示數(shù)能達到或超過電流表量程的一半，同時又考慮操作的方便．
①用來探究的定值電阻R應(yīng)選D，滑動變阻器R′應(yīng)選E（兩空均選填實驗器材前的字母代號），電流表的量程應(yīng)選量程0～0.6A．
②將圖甲中的滑動變阻器阻值調(diào)到最大，試觸開關(guān)時，會看到的現(xiàn)象是：電壓表示數(shù)有，電流表示數(shù)無．（選填“有”或“無”）
③圖甲中只有一根導(dǎo)線的一個接頭接錯，請在錯誤處畫“×”，并在圖上改正．

（2）若將這個定值電阻換成小燈泡，還可測出小燈泡的電阻．當(dāng)滑片向右滑動到某一位置后，繼續(xù)向右滑動，電壓表、電流表均有示數(shù)，但小燈泡始終不發(fā)光，這是由于燈的實際功率過小的緣故；如圖乙是小燈泡的U-I圖象，它的電流與電壓不成正比，其原因是小燈泡的電阻隨溫度的變化而變化．
（3）實驗小組的同學(xué)還想通過該連接好的電路測量所選定值電阻的阻值．如果要比較精確測量該電阻的阻值，要求電表的指針至少達到量程的三分之一，同時又要防止損壞電表．那么，滑動變阻器連入電路中的阻值范圍是0-5Ω．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)實驗過程中電表的最大示數(shù)能超過電表量程的一半進行分析．計算出當(dāng)滑動變阻器為零時通過兩電阻的電流，選擇電流值能超過量程0～0.6A一半的．根據(jù)定值電阻選擇滑動變阻器的型號．
②分析電路的連接確定兩表示數(shù)；
③根據(jù)電路的錯誤連接，據(jù)此改正；
（2）電壓表、電流表均有示數(shù)，說明電路為通路，但小燈泡始終不發(fā)光，這是由于通過小燈泡的實際電流太小造成的；
燈絲電阻受溫度影響，隨燈泡溫度升高而變大，由歐姆定律，U=IR，因電阻不是定值，所以燈泡電流與電壓不成正比；
（3）根據(jù)題意判斷出電流的最大值和最小值及電壓表的最大值和最小值，然后根據(jù)歐姆定律及串聯(lián)電路的知識進行計算．

解答 解：（1）①電源電壓為3V，由于電路中電流會很小，所以電流表選擇0～0.6A的量程．
因為要求實驗過程中電表的最大示數(shù)能超過電表量程的一半．
若選擇D，當(dāng)滑動變阻器的阻值為零時，電路中的電流：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，剛好是電流表量程的一半；
如若選擇C，當(dāng)滑動變阻器的阻值為零時，電路中的電流：
I′=$\frac{U}{R′}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A，所以不可以選擇．
根據(jù)分壓原理，若選用最大阻值為10Ω的滑動變阻器，當(dāng)變阻器的最大電阻10Ω接入電路中時，定值電阻的電壓為$\frac{1}{2}$×3V=1.5V，滿足電壓表的要求；
故用來探究的定值電阻R應(yīng)選D，滑動變阻器R′應(yīng)選E，電流表的量程應(yīng)選量程0～0.6A．
②因電壓表串聯(lián)在電路中，而電壓表內(nèi)阻很大，電流表與電阻并聯(lián)，電阻被短路，將圖甲中的滑動變阻器阻值調(diào)到最大，根據(jù)歐姆定律，電路中電流幾乎為0，試觸開關(guān)時，電壓表與電源連通，會看到的現(xiàn)象是：電壓表示數(shù)有示數(shù)，電流表無示數(shù)；
③電流表與電阻串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在電阻兩端，如下所示：


（2）當(dāng)滑片向右滑動到某一位置后，繼續(xù)向右滑動，變阻器連入電路中的電阻變大，電壓表、電流表均有示數(shù)，說明電路為通路，但小燈泡始終不發(fā)光，這是由于通過小燈泡的實際電流太小，實際功率太小，小燈泡始終不發(fā)光；
燈絲電阻受溫度影響，隨燈泡溫度升高而變大，由歐姆定律，U=IR，因電阻不是定值，所以燈泡電流與電壓不成正比；
（3）因為要求電表的指針至少達到量程的三分之一，電壓表應(yīng)不小于1V，電流表不小于0.2A．
所以當(dāng)滑動變阻器為0時，電流表為：
I=$\frac{U}{R}=\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，電壓表3V，未超過其量程；
電流表三分之一刻度為電流大小為0.2A，若電壓表示數(shù)為1V，則電阻的電流：
I′=$\frac{U′}{R′}=\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，小于0.2A，所以電路中的最小電流應(yīng)為0.2A，則電路總電阻：
R_總=$\frac{U}{I″}=\frac{3V}{0.2A}$=15Ω，R為10Ω，則R_滑=15Ω-10Ω=5Ω．
因此滑動變阻器的變化范圍應(yīng)為0～5Ω．
故答案為：（1）①D；E；0～0.6A；②有；無；③如上所示；（2）燈的實際功率過�。浑S溫度的變化而變化；（3）0～5．

點評 本題探究“電阻一定時，電流與電壓的關(guān)系”，考查器材的選擇、電路故障的分析、電路的連接、影響電阻大小的因素及最值的求法，難度較大．