Question

11．某小组同学用图甲电路探究欧姆定律，实验中他们所用的定值电阻分别是5Ω、10Ω、20Ω，电源电压为3V不变．

（1）如图甲所示，是小华所连接的不完整实验电路，请你用笔画线代替导线，将缺少的导线连接好成完整电路．
（2）小华将电路接好后，闭合开关，发现电压表与电流表的示数太大．接下来应进行的操作是C（填写字母代号）．
  A．更换电池或电阻    B．检查电路是否短路    C．断开开关，移动滑动变阻器滑片至最大值位置
（3）在探究“导体中的电流跟电阻的关系”时，小华将5Ω的电阻接入电路，电压表如图乙所示．后把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，下一步的操作是：将变阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）移动直至电压表示数为2V．若要完成整个实验，选择的滑动变阻器的最大阻值至少为10Ω．
（4）上述探究结束后，该组同学选择原来的电源和两只灯泡L₁“2.5V，0.3A”和L₂“3.8V，0.3A”，设计的电路如图丙所示，探究“电功率跟电流、电压的关系”．
①此实验设计是为了探究电功率与电压的关系，通过灯的亮暗判断来电功率的大小．
②为了探究电功率与电流的关系，小明认为，利用图丙电路只要通过移动滑动变阻器，改变电流观察灯L₁或L₂亮度的变化，即可得出结论．则小明同学的方案不合理（选填“合理”或“不合理”），理由：小明方案中电压与电流同时在改变，未控制电压一定．

Answer 1

分析 （1）根据欧姆定律求出电路的最大电流，与电流表小量程比较确定量程，将电流表串联接入电路；
（2）如果电路总电阻太小，则电路电流将会较大，电表示数较大，应增大滑动变阻器接入电路的阻值；
（3）探究电流与电阻的关系应控制电阻两端电压不变，根据分压原理确定变阻器滑片的移动方向；当定值电阻为20Ω时，根据分压原理求出滑动变阻器接入电路的最小阻值；
（4）灯泡亮度由灯泡实际功率决定，灯泡实际功率越大，灯泡越亮；探究功率与电流的关系，应控制电压相等而电流不同．

解答 解：（1）当电路中接入最小电阻为5Ω时，电路中的最大电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，故电流表选用小量程，将电流表串联在电路中，并注意正负接线柱的接法，如图所示；

（2）闭合开关，发现电压表与电流表的示数太大，说明电路的电阻太小，可能是滑动变阻器接入电路的阻值太小造成的，应断开开关，移动滑动变阻器滑片至最大值位置，故选C；
（3）电压表量程为0～3V，由图示电压表可知，其分度值为0.1V，示数为2V；
在探究“导体中的电流跟电阻的关系”时，应控制电阻两端的电压不变，把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，根据分压原理可知，定值电阻两端电压将变大，为保持电阻两端电压不变，应增大滑动变阻器分得的电压，应增大变阻器接入电路的阻值，故应将变阻器的滑片P向右移动直至电压表示数为2V为止； 
若要完成整个实验，求选择的滑动变阻器的最大阻值至少为多少，应以最大的定值电阻来计算．电源电压为3V，定值电阻两端电压控制为2V，则滑动变阻器两端电压为3V-2V=1V；
根据串联分压原理有：$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，用20欧电阻做实验时有：$\frac{1V}{2V}$=$\frac{{R}_{滑}}{20Ω}$，解得R_滑=10Ω；所以，要完成实验，选择的滑动变阻器的最大阻值至少为10Ω．
（4）上述探究结束后，该组同学选择原来的电源和两只灯泡L₁“2.5V 0.3A”和L₂“3.8V 0.3A”，设计的电路如图丙所示，探究“电功率跟电流、电压的关系”．
①灯泡的亮度由灯泡的实际功率决定，灯泡的实际功率越大，灯泡越亮，可以根据灯泡的亮暗比较灯泡电功率的大小．
②探究电功率与电流的关系，应控制灯泡两端电压相等而电流不同，利用图丙电路只通过移动滑动变阻器，改变电流观察灯L₁或L₂亮度的变化时，灯泡的电压与电流同时在改变，未控制电压一定，故小明的方案不合理．
故答案为：（1）连线如上图所示；
（2）C；   
（3）右；2；10；
（4）①灯的亮暗；  ②不合理；小明方案中电压与电流同时在改变，未控制电压一定．

点评 本题探究电流与电阻的关系、电功率与电压的关系，考查了实物电路图的连接、电路现象分析、器材的选择、电表读数、对实验方案的评估等问题，探究电流与电阻关系实验要应用控制变量法，应用控制变量法是正确解题的关键．