Question

【題目】小明和同學(xué)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路探究“電流與電阻的關(guān)系”，電源是兩節(jié)新的干電池，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“20 Ω 0.5 A”字樣，阻值分別為5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值電阻各一個(gè)。

(1)請(qǐng)你用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，把圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路補(bǔ)充完整且使滑動(dòng)變阻器此時(shí)接入電路中的阻值最大。

（______）

(2)小組同學(xué)將5 Ω定值電阻接入電路后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表無(wú)示數(shù)而電壓表有示數(shù)，則電路中的故障可能是_____；排除故障后，閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，記錄電流表的示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)控制電阻兩端電壓為_____ V。

(3)小明斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，將5 Ω定值電阻換成10 Ω定值電阻后，直接閉合開(kāi)關(guān)，為了保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向_____（選填“A”或“B”）端適當(dāng)移動(dòng)，記錄電流表的示數(shù)。

(4)將10 Ω定值電阻換成20 Ω定值電阻，重復(fù)(3)中的有關(guān)步驟。

(5)分析實(shí)驗(yàn)記錄的多組數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻_____。

(6)上述三次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，有同學(xué)提出增加50 Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)從而多采集一組數(shù)據(jù)以增強(qiáng)說(shuō)服力，你認(rèn)為是否可行？答：_____，理由是：_____。

(7)小麗同學(xué)也想用小明的實(shí)驗(yàn)器材探究“電流與電阻的關(guān)系”，小明提醒小麗，上述實(shí)驗(yàn)器材控制電阻兩端的電壓只能在_____V范圍內(nèi)。

(8)完成上述探究實(shí)驗(yàn)后，小明重新選擇實(shí)驗(yàn)器材利用如圖丙所示電路圖測(cè)量額定電流為0.3 A小燈泡的額定功率，已知定值電阻R0的阻值為10 Ω，電源電壓未知且大于小燈泡的額定電壓。

①開(kāi)關(guān)S接d，將滑動(dòng)變阻器R的滑片P置于a端，讀出電流表示數(shù)為0.6 A。

②_____，此時(shí)小燈泡正常發(fā)光。

③開(kāi)關(guān)S接d，使滑動(dòng)變阻器的滑片P保持不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)為0.4 A。

④小燈泡額定功率P額=_____W。

Answer 1

【答案】 定值電阻斷路（或電流表短路） 2 A 成反比 不可行 滑動(dòng)變阻器最大阻值太�。�無(wú)法控制電壓表示數(shù)為2V不變） 1.5～2.5 開(kāi)關(guān)S接c，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的滑片P，使電流表示數(shù)為0.3A 1.35

【解析】

(1)[1]由于要求滑動(dòng)變阻器此時(shí)接入電路中的阻值最大，所以，變阻器右下接線(xiàn)柱連入電路中與電阻串聯(lián)，由于電源是2節(jié)干電池，所以，電壓表選用小量程與電阻并聯(lián)即可，如下圖所示

(2)[2]小組同學(xué)將5Ω定值電阻接入電路后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路可能斷路，而電壓表有示數(shù)，則說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，故電路中的故障可能是與電壓表并聯(lián)的定值電阻斷路；

[3]由圖乙知道，電流表選用小量程，分度值為0.02A，電流為0.4A，由歐姆定律知道，此時(shí)控制電阻兩端電壓為

UV =IR=0.4A×5Ω=2V

(3)[4]由串聯(lián)分壓原理知道，將定值電阻由5Ω改接成10Ω的電阻，電阻增大，其分得的電壓增大；探究電流與電阻的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制電壓不變，即應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律知道，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器分得的電壓，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻，所以，滑片應(yīng)向A端移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2V。

(5)[5]分析實(shí)驗(yàn)記錄的多組數(shù)據(jù)可得出結(jié)論是：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比。

(6)[6][7]電阻兩端的電壓始終保持UV =2V，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律知道，變阻器分得的電壓

U滑 =U-UV =3V-2V=1V

變阻器分得的電壓為電壓表示數(shù)的0.5倍，根據(jù)分壓原理，當(dāng)接入50Ω電阻時(shí)，變阻器連入電路中的電阻為

R滑=0.5×50Ω=25Ω

所以，為了完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取最大阻值至少25Ω的滑動(dòng)變阻器，故增加50Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)從而多采集一組數(shù)據(jù)以增強(qiáng)說(shuō)服力，不可行；理由是：變阻器的最大電阻太��；

(7)[8]由串聯(lián)電路的規(guī)律及分壓原理知道

所以，當(dāng)變阻器的最大電阻連入電路時(shí)，對(duì)應(yīng)的定值電阻最大，此時(shí)，電壓表控制的電壓最小

解得U′=1.5V；

由于滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“20 Ω 0.5 A”字樣，而當(dāng)定值阻值阻值最小為5 Ω時(shí)，電路的總電阻最小是

即滑動(dòng)變阻器接入的阻值是1Ω，此時(shí)電壓表的示數(shù)最大，由串聯(lián)分壓知道

故想用實(shí)驗(yàn)器材探究“電流與電阻的關(guān)系”，上述實(shí)驗(yàn)器材控制電阻兩端的電壓只能在1.5-2.5V范圍內(nèi)。

(8)[9][10]實(shí)驗(yàn)步驟：

①開(kāi)關(guān)S接d，將滑動(dòng)變阻器R的滑片P置于a端，讀出電流表示數(shù)為0.6A；

②開(kāi)關(guān)S接c，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R的滑片P使電流表示數(shù)為0.3A，此時(shí)小燈泡正常發(fā)光；

③開(kāi)關(guān)S接d，使滑動(dòng)變阻器的滑片P保持不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)為0.4A；

④在①中，為定值電阻的簡(jiǎn)單電路，由歐姆定律，電源電壓

U電源 =I1 R0 =0.6A×10Ω=6V

在③中，定值電阻與變阻器串聯(lián)，由歐姆定律和電阻的串聯(lián)規(guī)律：

在②中，由歐姆定律和串聯(lián)電路的規(guī)律，燈的額定電壓為

U額 =U電源 -U滑 ═U電源 -IR滑 =6V-0.3A×5Ω=4.5V，

小燈泡額定功率

P額=U額I額 =4.5V×0.3A=1.35W