Question

【题目】在“探究导体的电流跟电阻的关系”实验中，老师提供的器材有：电源（电压恒为3V），电流表、电压表和开关各一个，五个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，50Ω），滑动变阻器（规格是“20Ω，2A”），导线若干。

（1）图甲是小明连接的实物电路，图中有一根导线连接错误，请你在连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线。

（____）

（2）在开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑至最_____（选填“左”或“右”）端。

（3）电路连接无误后，闭合开关，小明先后将5Ω和10Ω的电阻分别接入电路，移动滑片P进行了二次实验,数据如图乙表格所示,小明紧接着再将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后,直接读出电流表示数示为__A．

（4）小明为了使实验能继续顺利进行，还可以使用的定值电阻有_________。（写出具体的电阻值）

（5）小明将电阻换成标有“2.5V”字样的小灯泡，测量其不同电压下的电功率．

①正确连接电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这种现象的原因是_____；

②排除故障，继续实验,根据实验数据画出I﹣U图像（如图丙）．由此可求出小灯泡正常发光时的功率为__W；

（6）完成上述实验后，小明又利用上述器材重新设计了电路（增加了一个滑动变阻器）如图丁，测量另一个小灯泡的额定功率，这个小灯泡正常工作的电流为I1．请完成实验步骤．

①只闭合开关S1，移动滑动变阻器R2的滑片，使电流表示数为I1；

②只闭合开关S2，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，移动滑动变阻器R1的滑片，使电流表示数为I1；再_____________________，读出电流表的示数为I2；

③则小灯泡的额定功率表达式为P额=_____．

Answer 1

【答案】见解析 右 0.12 15Ω，30Ω 灯泡断路 0.625 将滑动变阻器R2的滑片调到最左端 3V I12 /I2

【解析】

(1)原电路中，电压表被短路了，应并联在电阻的两端，如下所示：

(2)在开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处，即最右端；

(3)研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，电路连接无误后，闭合开关，小明先后将5Ω和10Ω的电阻分别接入电路，移动滑片P进行了二次实验，数据如图乙表格所示。因研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，由欧姆定律得，电压表示数U表=I1R1=0.4A×5Ω=2V；由表中数据知，当电阻为R2=10Ω时，电流为I2=0.2A，根据串联电路电压的规律，变阻器两端的电压U滑=UU表=3V2V=1V，变阻器连入电路中的电阻R滑===5Ω，小明紧接着再将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后，电路的总电阻R=R3+R滑=20Ω+5Ω=25Ω，故直接读出电流表示数，即为此时的电流大小I===0.12A；

(4)由(3)知，定值电阻的电压是变阻器电压的=2倍，根据分压原理，定值电阻的大小是变阻器阻值的2倍，当变阻器连入电路中的电阻为20Ω时，定值电阻最大值为2×20Ω=40Ω，故除已用的电阻外，小明为了使实验能继续顺利进行，还可以使用的定值电阻有15Ω、30Ω的电阻；

(5)①经分析，闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这种现象的原因是：灯泡断路；②根据实验数据画出IU图象，由图乙可知，当灯的电压为2.5V时，通过的电流为0.25A，由此可求出小灯泡正常发光时的功率为：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；

(6)分析实验的原理可以得出其具体的步骤为：①只闭合开关S1，移动滑动变阻器R2的滑片，使电流表示数为I1；②只闭合开关S2，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节滑动变阻器R1的滑片使电流表示数为I1；根据等效替代法，则小灯泡正常发光的电阻与变阻器R1此时的电阻相同，为测量出此时变阻器R1的电阻，故应将滑动变阻器R2的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I2；根据欧姆定律，变阻器R1的电阻即为灯正常发光时的电阻，即RL=，

小灯泡的额定功率P额=R灯==.