Question

20．（1）如圖是小明“探究串聯(lián)電路中電壓特點(diǎn)”的電路圖，按圖所示的電路圖連接電路，閉合開關(guān)，用電壓表測出L₁兩端的電壓，再測L₂兩端的電壓時，小明為了節(jié)省時間，采用以下方法：電壓表所接的B接點(diǎn)不動，只斷開A接點(diǎn)，并改接到C接點(diǎn)上，測出BC間的電壓，小明用上面的方法不能（選填“能”或“不能”）測出L₂兩端的電壓？理由是：電壓表正負(fù)接線柱接反了；方法改進(jìn)后，繼續(xù)測出BC、AC間的電壓，小明由此得出：串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各部分電壓之和；你認(rèn)為在選擇燈泡時，L₁和L₂的規(guī)格應(yīng)該不同（選填“相同”或“不同”）．

（2）小華用如圖乙所示電路測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率．
①開關(guān)閉合前，滑動變阻器滑片應(yīng)該移動到最右（選填“左”或“右”）端；
②開關(guān)閉合后，若電路連接正確，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電壓表無示數(shù)，電流表指針明顯偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是燈短路；
③排除故障后，移動滑片，獲得多組對應(yīng)的電壓、電流值，繪出如圖丙的I-U圖象，則小燈泡的額定功率為0.5W，小燈泡的電阻值隨電壓的升高而逐漸增大．
④實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，她想設(shè)計一個不用電壓表測定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)方案．于是向老師借了一個阻值為R₀的定值電阻（阻值已知）和一個單刀雙擲開關(guān)，利用原有實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計了如圖丁所示的電路圖（部分器材未畫出），順利完成了實(shí)驗(yàn)，假如你是同組成員，請你幫助小華補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)方案．
a．請在丁圖中將部分器材補(bǔ)畫完整；
b．閉合開關(guān)S，將S₁撥向觸點(diǎn)1（選填“1”或“2”），調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A（或$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）；
c．閉合開關(guān)S，將S₁撥向另一觸點(diǎn)，同時保持滑動變阻器的滑片不動（選填“適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片”或“保持滑動變阻器的滑片不動”），讀出電流表的示數(shù)為I；
d．燈泡額定功率的表達(dá)式為：P=（I₁-0.2A）×R₀×0.2A（或2.5V×（I₁-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

Answer 1

分析 （1）電壓表測電壓時要注意電流從正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出；
串聯(lián)電路兩端的總電壓等各部分電壓之和；
為避免實(shí)驗(yàn)的偶然性，得出普遍性的結(jié)論，應(yīng)選用規(guī)格不同的燈泡多次測量；
（2）①開關(guān)閉合前，為保護(hù)電路，滑動變阻器滑片應(yīng)該移動到阻值最大處；
②開關(guān)閉合后，若電路連接正確，電流表指針明顯偏轉(zhuǎn)，說明電路為通路，根據(jù)小燈泡不亮，電壓表無示數(shù)
分析故障原因；
③根據(jù)圖丙的I-U圖象，找到額定電壓下的電流，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
由通過燈的電流隨電壓的增大而變大，結(jié)合燈的電功率，根據(jù)小燈泡的電阻值隨溫度的升高而變大分析；
④在沒有電壓表的情況下測小燈泡額定功率，定值電阻和電流表應(yīng)起到電壓表的測量作用，燈的額定電流為0.2A，先通過移動變阻器的滑片，使通過燈的電流為0.2A，燈正常發(fā)光，故電流表與燈串聯(lián)，下面的框?yàn)闊�，上面的框�(yàn)槎ㄖ惦娮瑁�在滑片位置不動的情況下，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換使電流測燈與定值電阻并聯(lián)的電流I₁，因各電阻的大小和電壓大小均不變，燈始終正常發(fā)光，故通過燈的電流為0.2A不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，可求出通過定值電阻的電流，由歐姆定律變形公式可得出定值電阻的電壓，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，可得燈的額定功率，根據(jù)P=UI測出燈的額定功率．
或下面的框?yàn)槎ㄖ惦娮瑁�上面的框�(yàn)闊簦?br />S置于1，通過移動滑片，使電流表示數(shù)為$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈的電壓為2.5V，燈正常發(fā)光；
保持滑片的位置不變，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換使電流表測通過通過燈與定值電阻的總電流，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律可求出燈的額定電流，根據(jù)根據(jù)P=UI測出燈的額定功率．

解答 解：（1）用電壓表測出L₁兩端的電壓，則電壓表右接線柱為“正”接線柱，左接線柱為負(fù)接線柱，再測L₂兩端的電壓時，小明為了節(jié)省時間，采用以下方法：電壓表所接的B接點(diǎn)不動，只斷開A接點(diǎn)，并改接到C接點(diǎn)上，則會造成電流從電流表負(fù)接線柱流入，無法測出BC間的電壓，故小明用上面的方法不能測出L₂兩端的電壓？理由是：電壓表正負(fù)接線柱接反了；
小明由此得出：串聯(lián)電路兩端的總電壓等各部分電壓之和；為得出普遍性的結(jié)論，應(yīng)選用規(guī)格不同的燈泡；
（2）小華用如圖乙所示電路測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率．
①開關(guān)閉合前，為保護(hù)電路，滑動變阻器滑片應(yīng)該移動到阻值最大處，即最右端；
②開關(guān)閉合后，若電路連接正確，電流表指針明顯偏轉(zhuǎn)，說明電路為通路，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電壓表無示數(shù)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是與電壓表并聯(lián)的燈短路了；
③排除故障后，移動滑片，獲得多組對應(yīng)的電壓、電流值，繪出如圖丙的I-U圖象，由圖可知，當(dāng)燈的電壓為2.5V時，通過燈的電流為0.2A，則小燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
通過燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI燈的功率也增大，燈絲的溫度升高，因燈的電阻隨溫度的升高而變大，故燈絲的電阻也變大了，即小燈泡的電阻值隨電壓的升高而逐漸增大．
④a．上面框內(nèi)為定值電阻，下面為燈，電路連接如下左圖所示：


b．閉合開關(guān)S，將S₁撥向觸點(diǎn) 1，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A；
c．閉合開關(guān)S，將S₁撥向另一觸點(diǎn)2，同時保持滑動變阻器的滑片不動，讀出電流表的示數(shù)為I；
d．在上面的b操作過程中，電流表測通過燈的電流，在c操作中，電流表測定值電阻與燈并聯(lián)的總電流，在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中，電路的連接關(guān)系沒有改變，因滑片不動，故各電阻的大小和電壓大小均不變，故通過燈的電流為0.2A不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過定值電阻的電流：
I₀=I₁-0.2A，
由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，定值電阻的電壓即燈的額定電壓為：
U_R0=U_L=I₀R₀=（I₁-0.2A）R₀，
燈的泡額定功率的表達(dá)式為：
P=U_L×I_L=（I₁-0.2A）×R₀×0.2A．
另解：若下面的框?yàn)槎ㄖ惦娮�，上面的為燈，即采用上面的右圖：
b．閉合開關(guān)S，將S₁撥向觸點(diǎn) 1，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
c．閉合開關(guān)S，將S₁撥向另一觸點(diǎn)2，同時保持滑動變阻器的滑片不動，讀出電流表的示數(shù)為I；
d．在上面的b操作過程中，電流表測通過定值電阻的電流，在c操作中，電流表測定值電阻與燈并聯(lián)的總電流，在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中，電路的連接關(guān)系沒有改變，因滑片不動，故各電阻的大小和電壓大小均不變，故通過定值的電流不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過燈的額定電流：
I_L=I₁-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，燈的泡額定功率的表達(dá)式為：
P=U_L×I_L=2.5V×（I₁-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）不能；電壓表正負(fù)接線柱接反了；各部分電壓之和；不同；（2）①右；②燈短路；③0.5；增大；④a．如上左圖（或右圖）所示；b.1；0.2A（或$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）；c．保持滑動變阻器的滑片不動；  d．（I₁-0.2A）×R₀×0.2A（或2.5V×（I₁-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$））．

點(diǎn)評 本題探究串聯(lián)電路中電壓特點(diǎn)，考查電壓表的正確使用、串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及歸納法的運(yùn)用，同時也考查了測燈的功率的注意事項(xiàng)、故障分析、影響電阻大小的因素及設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案的能力，為壓軸題．