Question

15．小亮利用以下器材：電源（電壓恒為6V）、滑動變阻器、開關各一個，電壓表、電流表各一只，三個定值電阻R₁、R₂、R₃，大小分別為10Ω、15Ω、20Ω，導線若干，來探究“電流與電阻的關系”．
（1）圖甲是小明連接的實物電路，圖中有一根導線連接錯誤，請你在連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線．
（2）電路連接正確后，閉合開關后，移動滑片，使與電阻（20Ω）并聯(lián)的電壓表示數(shù)為4V，讀出電流表示數(shù)，再分別改接15Ω、10Ω的電阻，重復上述實驗，收集的實驗數(shù)據(jù)如表所示．老師告訴小明有一組數(shù)據(jù)誤差較大，便找來一個5Ω的電阻讓他再測一組數(shù)據(jù)．當他把5Ω的電阻接入電路時，要使電壓表示數(shù)仍為4V，實驗不能繼續(xù)進行，其原因超過了電流表所選的量程．改變連接后，當電壓表示數(shù)仍為4V時，電流表示數(shù)為0.8A（如圖乙所示）．綜合分析數(shù)據(jù)可得：電壓一定時，導體中的電流跟導體的電阻成反比．

電壓U/V	4
電阻R/Ω	20	15	10
電流I/A	0.20	0.28	0.40

（3）完成上述實驗后，小亮還想測定一個U額=2.5V的小燈泡的額定功率，他發(fā)現(xiàn)電流表已壞，于是向老師要了一個單刀雙擲開關，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設計了如圖丙所示的電路，測出了小燈泡的額定功率．請幫他完成實驗步驟：
①連接好實驗電路，閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表示為2.5V．
②保持滑片的位置不動，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)為U．
③小燈泡的額定功率表達式P額=U_額×$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$．（用物理符號表示）

Answer 1

分析 （1）伏安法測功率的實驗中，電壓表與燈泡并聯(lián)測燈泡電壓，電流表與燈泡串聯(lián)測燈泡電流．在實物連接圖中找到錯誤之處：主要分析電壓表、電流表、滑動變阻器的正確使用，從電壓表和電流表的正負接線柱、量程、連接方式，滑動變阻器的接線柱和連入方式上逐條分析．
（2）電路中分別接入20Ω、15Ω、10Ω的電阻，實驗能夠正常進行，說明電路是正常的，改接5Ω電阻后，電路不能正常進行，是由于超過了電流表所選的量程；
先確定電流表選擇的量程和最小分度值，再讀出電流表的示數(shù)；綜合數(shù)據(jù)分析可知，電壓一定時，導體中的電流和導體的電阻成反比；
（3）由丙圖可知，沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于3.8V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈炮的額定功率．

解答 解：（1）由題目中的電流表表盤知，電流表選擇0～0.6A量程，電流表與電阻串聯(lián)，電源電壓為6V，電壓表選擇0～15V量程，電壓表與電阻并聯(lián)，滑動變阻器選擇一上一下接線柱，串聯(lián)在電路中．由圖可知，電阻R被短路，沒有接入電路中，正確的電路圖為：
；
（2）若再接入5Ω的電阻時，實驗不能正常進行，是由于超過了電流表所選的量程；
電阻兩端的電壓為4V，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$，電流表選擇0～3A量程，所以示數(shù)為0.8A；
綜合數(shù)據(jù)分析可知，電壓一定時，導體中的電流跟導體的電阻成反比；
（3）①連接好實驗電路，閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)U，電壓表測量燈泡和R₀的總電壓；③此時定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=U-U_額=U-3.8V，
通過燈泡的電流：I_額=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，
則小燈泡額定功率：P_額=U_額I_額=U_額×$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）如圖；（2）超過了電流表所選的量程；0.8；導體中的電流跟導體的電阻成反比；（3）①閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點2；2.5；②S₂接1；③U_額×$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了電路連接、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實驗設計等，最后一問的實驗設計是本題的難點，知道實驗原理、應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題．