Question

18．某物理小組進(jìn)行電學(xué)探究實(shí)驗(yàn)．

次數(shù)	一	二	三
U/V	4	6	8
I/A	0.2	0.3	0.4

（1）軒軒探究“電流與電阻兩端電壓的關(guān)系“，他利用電源（電壓為10V）、電流表、電壓表、定值電阻（阻值為20Ω）、滑動(dòng)變阻器（“40Ω 1A“）、開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．
①軒軒連接完圖甲所示的電路后，立即閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為0V．此時(shí)電流表的示數(shù)為0.5A．
②軒軒發(fā)現(xiàn)電路中有一條導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，請(qǐng)你幫他在錯(cuò)誤的導(dǎo)線上畫(huà)“ד，并用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線畫(huà)出正確的連線．
③改正錯(cuò)誤后，車(chē)南將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左（選填“右”或“左”）端，閉合開(kāi)關(guān)，他多次改變滑動(dòng)變阻器的阻值，得到了如上表所示的電壓表和電流表的數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論：當(dāng)電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電壓成正比．
④軒軒又利用以上的器材連接了如圖乙所示的電路圖，探究“電流與電阻大小的關(guān)系”．實(shí)驗(yàn)中．他在a、b間分別接入20Ω、30Ω、40Ω、50Ω、60Ω的定值電阻，為了能完成這五次實(shí)驗(yàn)，他應(yīng)控制電壓表示數(shù)不變的范圍是：6V-10V．
（2）寧寧想測(cè)一個(gè)額定電壓為3.8v的小燈泡L的額定功率．他在圖乙中的a、b間接入這只燈泡，實(shí)驗(yàn)時(shí)，他調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片到某一位置時(shí)，電壓表的示數(shù)為2.5V，寧寧應(yīng)該向右（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，便電壓表的示數(shù)為3.8V，此時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為1.9W．
（3）寧寧發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)桌上有一個(gè)未標(biāo)阻值的定值電阻R_x．于是利用剛剛實(shí)驗(yàn)用的小燈泡L（已知U_額和P_額）又找來(lái)了一個(gè)電壓未知的電源、滑動(dòng)變動(dòng)阻器、電流表，開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線，設(shè)計(jì)了如圖丁所示的電路圖并測(cè)出了R_x的阻值，請(qǐng)你將他的實(shí)驗(yàn)步驟和表達(dá)式補(bǔ)充完整．
①閉合開(kāi)關(guān)S₁，將S₂接b（選填“a”或“b”），調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$（用已知物理量的符號(hào)表示）
②閉合開(kāi)關(guān)S₁，將S₂接另一觸點(diǎn)，讀出此時(shí)電流表的示數(shù)為I₁；
③則表達(dá)式R_x=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{U}_{額}{I}_{1}-{P}_{額}}$．（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）①分析電路的連接，找到錯(cuò)誤之處，由歐姆定律求出電路的電流；
②電壓表應(yīng)與電阻并聯(lián)；
③為保護(hù)電路，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到阻值最大處；橫向比較表中數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
④研究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，要控制電壓表示數(shù)U_表不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律得出變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理有
$\frac{U-{U}_{表}}{{U}_{表}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，分析討論電壓表示數(shù)不變的最小值；
（2）燈在額定電壓下正常發(fā)光，比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確滑片移動(dòng)的方向；根據(jù)圖丙電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（3）燈在不同電壓下的電流不同，本題中要將燈的正常發(fā)光時(shí)的電流作為已知量，應(yīng)先使燈正常發(fā)光，故將燈與電流表串聯(lián)，再與待測(cè)電阻并聯(lián)，通過(guò)移動(dòng)滑片，使燈正常發(fā)光；由開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，根據(jù)并聯(lián)電路的規(guī)律求通過(guò)出待測(cè)電阻的電流，由歐姆定律求出待測(cè)電阻大小．

解答 解：（1）①軒軒連接完圖甲所示的電路，圖中變阻器連入電路中的電阻為0，電壓表與電流表并聯(lián)，電壓表示數(shù)為0，由歐姆定律電路中的電流上：
I=$\frac{U}{{R}_{定}}$=$\frac{10V}{20Ω}$=0.5A．
②電壓表應(yīng)與電阻并聯(lián)，如下所示：

③改正錯(cuò)誤后，車(chē)南將滑動(dòng)變阻器的滑片移到阻值最大處，即最左端，閉合開(kāi)關(guān)，他多次改變滑動(dòng)變阻器的阻值，得到了如上表所示的電壓表和電流表的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)，電壓表為原來(lái)的幾倍，通過(guò)的電流為原來(lái)的幾倍，即當(dāng)電阻一定時(shí)，．
④研究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，要控制電壓表示數(shù)U_表不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U_表，根據(jù)分壓原理有：
$\frac{U-{U}_{表}}{{U}_{表}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，即$\frac{10V}{{U}_{表}}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，
因電壓表示數(shù)保持不變，故上式左邊為一定值，右邊也為定值，當(dāng)變阻器最大電阻連入時(shí)，對(duì)應(yīng)的定值電阻最大，即$\frac{10V}{{U}_{表}}$-1=$\frac{40Ω}{60Ω}$，
故U_表=6V，即應(yīng)控制電壓表示數(shù)不變的范圍是6-10V；
（2）燈在額定電壓下正常發(fā)光，示數(shù)為2.2V，小于燈的額定電壓2.5V，應(yīng)增大燈的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減小變阻器的電壓，由分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向右移動(dòng)，直到電壓表示數(shù)為額定電壓；
圖丙中，電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.5A，燈的額定額定功率：
P_L=U_LI_L=3.8V×0.5A=1.9W；
（3）①閉合開(kāi)關(guān)S₁，將S₂接b，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$；
②閉合開(kāi)關(guān)S₁，將S₂接另一觸點(diǎn)，讀出此時(shí)電流表的示數(shù)為I₁；
③在①中，電流表測(cè)通過(guò)燈的電流，根據(jù)歐姆定律，此時(shí)燈正常發(fā)光，
在②中，因電路的連接關(guān)系沒(méi)有變，各用電器的電阻和電壓均不變，燈仍正常發(fā)光，此時(shí)電流表測(cè)燈與待測(cè)電阻并聯(lián)的電流，由并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過(guò)待測(cè)電阻的電流：
I_X=I₁-$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$；由歐姆定律，則表達(dá)式R_x=$\frac{{U}_{額}}{{I}_{1}-\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}}$=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{U}_{額}{I}_{1}-{P}_{額}}$．
故答案為：（1）①0；0.5；②如上所示；③左；   通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電壓成正比；   ④6；
（2）右；   1.9；
（3）①b；$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$；    ③$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{U}_{額}{I}_{1}-{P}_{額}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題探究“電流與電阻兩端電壓的關(guān)系”，考查錯(cuò)誤電路的分析、電路的連接、操作過(guò)程、數(shù)據(jù)分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求，同時(shí)也考查了測(cè)小燈泡L的額定功率的過(guò)程及設(shè)計(jì)方案測(cè)電阻的能力．