Question

9．實(shí)驗(yàn)桌上有如下器材：穩(wěn)壓電源（6V）一個(gè)、電流表（量程0-0.6A）和電壓表（量程0-15V）各一只、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器（銘牌“50Ω1A”）、阻值為5Ω、6Ω、8Ω、12Ω、15Ω、20Ω的定值電阻（不考慮溫度對電阻的影響）各一個(gè)和導(dǎo)線若干．請你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明：“當(dāng)電壓保持不變時(shí)，電阻消耗的電功率與該電阻阻值成反比”．
要求：（1）在右側(cè)方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；
（2）簡明陳述實(shí)驗(yàn)步驟．

Answer 1

分析 根據(jù)控制變量法，要使通過電阻兩端的電壓保持不變，必須把定值電阻與滑動(dòng)變阻器和電流表串聯(lián)起來，然后利用電壓表測出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)P=UI分析比較即可．

解答 解：（1）要使電阻兩端的電壓保持不變，必須把定值電阻與滑動(dòng)變阻器和電流表串聯(lián)起來，然后利用電壓表測出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)P=UI可測得電阻消耗的功率，實(shí)驗(yàn)電路圖如下：

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟：
①如圖所示連接電路，將R₁的數(shù)據(jù)記錄在表格中．
②閉合開關(guān)，用調(diào)好的電流表測出通過R₁的電流I₁的數(shù)據(jù)，用調(diào)好的電壓表測出R₁兩端電壓U的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
③斷開開關(guān)，將定值電阻R₁換為R₂，閉合開關(guān)，調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值，使得定值電阻R₂兩端的電壓仍為U，讀出R₂和通過R₂的電流I的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
④仿照③再做4次，分別讀出R₃、R₄、R₅、R₆和通過R₃、R₄、R₅、R₆的電流I₃、I₄、I₅、I₆的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
⑤根據(jù)P=UI分別計(jì)算出定值電阻的功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆，并記錄在表格中．
或：
①如圖所示連接電路，每個(gè)定值電阻用R表示，通過R的電流用I表示，R兩端的電壓用U表示，將R的數(shù)據(jù)記錄在表格中．
②閉合開關(guān)，用調(diào)好的電流表測出I的數(shù)據(jù)，用調(diào)好的電壓表測出U的數(shù)據(jù)，并分別記錄在表格中．
③斷開開關(guān)，將定值電阻R₁換為R₂，閉合開關(guān)，調(diào)整滑動(dòng)變阻器的阻值，使得定值電阻R₂兩端的電壓仍為U，讀出通過R₂的電流I的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
④仿照③再做4次，分別讀出I的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
⑤每個(gè)定值電阻的電功率用P表示，根據(jù)P=UI分別計(jì)算出每個(gè)定值電阻的功率，并記錄在表格中．
實(shí)驗(yàn)表格如下所示：

R/Ω
U/V
I/A
P/W

故答案為：（1）實(shí)驗(yàn)電路圖如上所示；（2）實(shí)驗(yàn)步驟如上所示．

點(diǎn)評 此題通過讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電壓不變時(shí)，電阻消耗的電功率與該電阻的阻值成反比的結(jié)論，考查了學(xué)生對控制變量法的應(yīng)用及電路中控制電壓不變的方法，同時(shí)考查了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格的能力．