Question

9．实验桌上有如下器材：稳压电源（6V）一个、电流表（量程0-0.6A）和电压表（量程0-15V）各一只、开关、滑动变阻器（铭牌“50Ω1A”）、阻值为5Ω、6Ω、8Ω、12Ω、15Ω、20Ω的定值电阻（不考虑温度对电阻的影响）各一个和导线若干．请你设计一个实验证明：“当电压保持不变时，电阻消耗的电功率与该电阻阻值成反比”．
要求：（1）在右侧方框中画出实验电路图；
（2）简明陈述实验步骤．

Answer 1

分析 根据控制变量法，要使通过电阻两端的电压保持不变，必须把定值电阻与滑动变阻器和电流表串联起来，然后利用电压表测出定值电阻两端的电压，根据P=UI分析比较即可．

解答 解：（1）要使电阻两端的电压保持不变，必须把定值电阻与滑动变阻器和电流表串联起来，然后利用电压表测出定值电阻两端的电压，根据P=UI可测得电阻消耗的功率，实验电路图如下：

（2）实验设计步骤：
①如图所示连接电路，将R₁的数据记录在表格中．
②闭合开关，用调好的电流表测出通过R₁的电流I₁的数据，用调好的电压表测出R₁两端电压U的数据，并记录在表格中．
③断开开关，将定值电阻R₁换为R₂，闭合开关，调整滑动变阻器的阻值，使得定值电阻R₂两端的电压仍为U，读出R₂和通过R₂的电流I的数据，并记录在表格中．
④仿照③再做4次，分别读出R₃、R₄、R₅、R₆和通过R₃、R₄、R₅、R₆的电流I₃、I₄、I₅、I₆的数据，并记录在表格中．
⑤根据P=UI分别计算出定值电阻的功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆，并记录在表格中．
或：
①如图所示连接电路，每个定值电阻用R表示，通过R的电流用I表示，R两端的电压用U表示，将R的数据记录在表格中．
②闭合开关，用调好的电流表测出I的数据，用调好的电压表测出U的数据，并分别记录在表格中．
③断开开关，将定值电阻R₁换为R₂，闭合开关，调整滑动变阻器的阻值，使得定值电阻R₂两端的电压仍为U，读出通过R₂的电流I的数据，并记录在表格中．
④仿照③再做4次，分别读出I的数据，并记录在表格中．
⑤每个定值电阻的电功率用P表示，根据P=UI分别计算出每个定值电阻的功率，并记录在表格中．
实验表格如下所示：

R/Ω
U/V
I/A
P/W

故答案为：（1）实验电路图如上所示；（2）实验步骤如上所示．

点评 此题通过让学生设计实验验证电压不变时，电阻消耗的电功率与该电阻的阻值成反比的结论，考查了学生对控制变量法的应用及电路中控制电压不变的方法，同时考查了学生设计实验表格的能力．