Question

3．探究通过导体的电流与电压、电阻的关系实验．

（1）如图甲所示，用笔画线代替导线，将实验电路连接完整，使滑动变阻器接入电路的阻值最大；
（2）小明正确、规范完成连接后，闭合开关，将滑动变阻器滑片从一端调节到另一端，并得到多组电流、电压值（如表格），当电流表示数为0.5A时电压表示数如图乙所示，其值为2.5V．根据表格数据分析可得出结论：导体电阻一定时，导体中的电流与导体两端的电压成正比；

实验次数	1	2	3	4	5
电压U/V	1.0	1.5	2.0		3.0
电流I/A	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6

（3）小明进一步分析表格中数据很快求出了电源电压为3V，滑动变阻器最大阻值为10Ω；
（4）小明将原电路中滑动变阻器换成标有“20Ω 2A”另一滑动变阻器，继续探究电流与电阻关系，实验中始终保持电压表示数为2V，则所选用的定值电阻阻值不能超过40Ω；
（5）将图甲电路中定值电阻换成额定电压为2.5V的小灯泡，进行多次实验后画出了灯泡的U-I图象如图丙所示，则该灯泡的额定功率为0.625W；若把这样的两只相同的灯泡串联起来接到电压为3V的电源两端，则两灯消耗的总功率为0.6W．

Answer 1

分析 （1）根据题目要求，分析清楚电路结构，然后连接电路图．
（2）由图示电压表确定电压表量程与分度值，读出电压表示数．根据电压和电流值的变化趋势即可得出结论．
（3）根据滑动变阻器接入电路的阻值为零可知电源电压全部加在电阻两端；根据电路图，根据滑片的移动方向判断滑动变阻器接入电路的阻值如何变化，然后由欧姆定律判断电路电流如何变化．应用欧姆定律求出电阻阻值．
（4）根据电阻R和滑动变阻器串联分压的特点，计算出最大电阻值．
（5）由图象读出额定电压下的电流值，利用P=UI即可求额定功率．

解答 解：（1）由图甲所示电路图可知，滑动变阻器接左下接线柱时，滑动变阻器接入电路的阻值最大，电路图如下图所示．

（2）由图乙所示电压表可知，电压表量程是0～3V，分度值是0.1V，电压表示数是2.5V．
由表格数据可知：电压增大为原来的几倍，则电流也随之增大为原来的几倍，所以可以得出的结论是：在电阻一定时，导体中的电流与导体两端的电压成正比；
（3）因为当滑片在左端时，滑动变阻器接入电路的阻值为零，电路总电阻最小，电源电压不变，由欧姆定律可知，电路电流最大，则电流表和电压表示数都为最大．电阻两端的电压即为电源电压，所以电源电压为表格中最大的电压值，即为3V；
当滑片在右端时，滑动变阻器和电阻串联电路，电路总电阻最大，因电源电压不变，由欧姆定律可知，电路电流最小，则电流表和电压表示数都为最小．
由表格数据可知：I_min=0.2A，U_min=1V，
由串联电路电压特点可得：U_滑=U-U_min=3V-1V=2V，
∴由欧姆定律可得：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{min}}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω；
（4）由题意可知，电阻R的最大阻值，此时电阻与滑动变阻器串联，
则电路中最小电流为I_min=$\frac{U-{U}_{定}}{{R}_{滑}}$=$\frac{3V-2V}{20Ω}$=0.05A，
那么，此时的电阻R最大值为R_max=$\frac{{U}_{定}}{{I}_{min}}$=$\frac{2V}{0.05A}$=40Ω：
故要求电阻的最大值不能大于40Ω．
（5）由图象可知电压为2.5V时，通过灯泡的电流为0.25A，额定功率P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
当两个同样灯泡串联时接到电压为3V的电源两端，每个灯泡电压为1.5V，由图象可知电压为1.5V时，通过灯泡的电流为0.2A，额定功率P=UI=3V×0.2A=0.6W；
故答案为：（1）如上图所示；（2）2.5；在电阻一定时，导体中的电流与导体两端的电压成正比；（3）3；10；（4）40；（5）0.625；0.6．

点评 本题考查了连接实物电路图、电路分析、电压表读数、滑动变阻器的使用等问题，而且涉及到电功率计算是实验的常考问题，一定要掌握；对电表读数时，要先确定量程与分度值．