Question

15．某小組同學用圖甲的實物圖探究“導體中的電流跟電阻的關系”的實驗，實驗中他們所用的定值電阻分別是5Ω、10Ω、20Ω，電源電壓為3V不變．

（1）如圖甲所示，是小華所連接的不完整實驗電路，請你用筆畫線代替導線，將缺少的導線連接好成完整電路．
（2）小華將電路接好后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電壓表與電流表的示數(shù)太大．接下來應進行的操作是C（填寫字母代號）．
A．更換電池或電阻 B．檢查電路是否短路C．斷開開關移動滑動變阻器滑片至最大值位置
（3）小華將5Ω的電阻接入電路，電壓表如圖乙所示．后把定值電阻由5Ω換成10Ω，閉合開關后，下一步的操作是：將變阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）移動直至電壓表示數(shù)為2V． 若要完成整個實驗，選擇的滑動變阻器的最大阻值至少為10Ω．
（4）上述探究結束后，該組同學將電路中的定值電阻換成了一個額定電壓為2.5V的小燈泡做測量小燈泡的額定功率的實驗．閉合開關后，調節(jié)滑動變阻器滑片P，使電壓表示數(shù)為2.5V時，小燈泡正常發(fā)光，如果此時電流表示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率是0.75W．
（5）完成上述實驗后，該小組同學又向老師要了一個已知阻值為Ro的電阻和一個單刀雙擲開關，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設計了如圖2所示的電路，也測出了燈泡的額定功率．請完成下列實驗步驟：
①閉合開關S_l，將S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”），移動滑片使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②再將開關S₂撥到觸點2（選填“1”或“2”），保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U；
③燈泡額定功率的表達式為P_額=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）把電流表、電阻串聯(lián)接入電路，完成電路連接．
（2）如果電路總電阻太小，則電路電流將會較大，電流表示數(shù)較大，應增大滑動變阻器接入電路的阻值，然后分析答題．
（3）探究電流與電阻的關系應控制電阻兩端電壓不變，應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的最大阻值，然后選擇滑動變阻器．
（4）燈泡正常工作的電壓為額定電壓，讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)P=UI計算額定功率．
（5）由丙圖可知，沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于2.5V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）把電流表與電阻串聯(lián)接入電路，實物電路圖如圖所示：

（2）閉合開關，發(fā)現(xiàn)電壓表與電流表的示數(shù)太大，說明電路電阻太小，可能是滑動變阻器接入電路的阻值太小造成的，應斷開開關，移動滑動變阻器滑片至最大值位置，故選C；
（3）電壓表量程為0～3V，由圖示電壓表可知，其分度值為0.1V，示數(shù)為1.5V；
在探究“導體中的電流跟電阻的關系”時，應控制電阻兩端電壓不變，把定值電阻由5Ω換成10Ω，閉合開關后，定值電阻兩端電壓變大，為保持電阻兩端電壓不變，應增大滑動變阻器分壓應將變阻器的滑片P向右移動直至電壓表示數(shù)為1.5V為止． 
當定值電阻的阻值最大時，所需滑動變阻器的阻值最大，電源電壓為3V，定值電阻兩端電壓為2V，則滑動變阻器兩端電壓為3V-2V=1V，
此時電路中的電流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，
則滑動變阻器的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω，要完成實驗，選擇的滑動變阻器的最大阻值至少為10Ω．
（4）電壓表測燈泡兩端電壓，電壓表示數(shù)為2.5V時燈泡正常工作．
電流表選擇0～0.6A量程，每一個大格代表0.2A，每一個小格代表0.02A，電流為0.3A，燈泡的額定功率為：
P=U'I'=2.5V×0.3A=0.75W．
（5）①連接好實驗電路，閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點1，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U₁，電壓表測量燈泡和R₀的總電壓U；
③此時定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=U-U_額=U₁-2.5V，
通過燈泡的電流：I_額=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，
則小燈泡額定功率：P_額=U_額I_額=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）C；（3）右；2；10（4）2.5；0.75；（5）①1；2.5；②2；③$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了連接實物電路圖、電路現(xiàn)象分析、滑動變阻器的調節(jié)、電表讀數(shù)、實驗評價等問題，探究電流與電阻關系實驗要應用控制變量法，應用控制變量法是正確解題的關鍵．