Question

14．某小组的同学完成了下面的实验：

（1）如图甲所示：
（a）在探究“电流与电压关系”的实验中，滑动变阻器除保护电路外，还有改变定值电阻两端电压的作用．
（b）在探究“电流和电阻的关系”的实验中，定值电阻R₁由5Ω换成10Ω时，接下来滑动变阻器的滑片应向左（选填“左”或“右”）调节；若电源电压为6V，R₁的可选最大电阻为20Ω，为保证电阻R₁两端的电压为2V，那么滑动变阻器R₂阻值应不小于40Ω．
（2）他做完实验后，把定值电阻换成小灯泡，又完成了“测量额定电压是2.5V小灯泡电功率”的实验，如图乙所示，他要连接电路时，发现电流表的指针偏向左侧无刻度处，原因可能是电流表指针没有调零．解除故障后，正确连接电路，闭合开关，他发现小灯泡过亮，为了完成实验，接下来他的操作是，立即断开开关，把滑动变阻器的阻值调至最大值；再闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，记下各组对应的电压表和电流表的示数，并绘制了如图丙所示图象，根据图象可知小灯泡的额定电流是0.25A；额定功率是0.625W．

Answer 1

分析 （1）（a）要探究电流与电压的关系，应保持电阻不变，改变电压的大小，据此回答变阻器的作用；
（b）在探究电流和电阻的关系时，要保持电压不变，根据分压原理和串联串联电路电压的规律确定滑片移动的方向；
根据串联电路电压的规律求出变阻器分得的电压，根据分压原理求出当定值电阻取最大值时，变阻器连入电路中的电阻大小，从而确定滑动变阻器R₂阻值应不小于多少；
（2）电流表使用前需要调零；
为保护电路，闭合开关前滑片要处于电阻最大处；
灯在额定电压下的功率为额定功率，根据图丙找出灯泡的额定电压下的额定电流，根据P=UI计算额定功率．

解答 解：（1）（a）探究电流与电压的关系时，应保持电阻不变，改变电压的大小，记下对应的电流大小，为得到普遍性的结论，要测量多组数据；所以滑动变阻器的作用除了保护电路外，主要是改变定值电阻的电压；
（b）在探究电流和电阻的关系时，要保持电压不变，当定值电阻R₁由5Ω变为10Ω时，如果滑片不动，根据分压原理，则定值电阻两端的电压变大，电压表示数变大，实验中要保持电压表示数不变，由串联电路电压的规律，应增大变阻器的电压，根据分压原理，就要增大变阻器连入电路中的电阻大小，则滑动变阻器滑片应该向左移动；
若电源电压为6V，为保证电阻R₁两端的电压为2V，由串联电路电压的规律，
滑动变阻器两端电压为U₂=6V-2V=4V，即变阻器的电压为定值电阻电压的$\frac{4V}{2V}$=2倍，
根据分压原理，变阻器的连入电路中的电阻为R₁的2倍，
当R₁的可选最大电阻为20Ω，那么滑动变阻器连入电路中电阻为R₂阻值为40Ω，即滑动变阻器R₂阻值应不小于40Ω；
（2）他要连接电路时，还没有闭合开关，发现电流表指针偏向零刻度线的左边，造成原因是电流表指针没有调零；
正确连接电路，闭合开关，他发现小灯泡过亮，说明电路中电流过大，根据欧姆定律，是滑动变阻器阻值太小造成的，接下来应该断开开关，把滑动变阻器的阻值调至最大值；
根据图象丙可知，当灯的电压为额定电压U=2.5V时，通过的电流I=0.25A，
则灯的额定功率P=UI=2.5V×0.25A=0.625W．
故答案为：（1）（a）改变定值电阻两端的电压；（b）左；40；
（2）电流表指针没有调零；滑动变阻器的阻值调至最大值；0.25A；0.625．

点评 该题涉及探究电流与电压、电阻的关系与测量电功率两个实验，考查滑动变阻器在实验中的作用、操作过程、器材的选择、控制变量法的运用、实验注意事项、额定功率的计算等知识，综合性强，有一定难度．