Question

12．在期末復(fù)習(xí)時，小明同學(xué)利用阻值不同的四個電阻、電壓為6V的電源、滑動變阻器R（標(biāo)有“50Ω  1A”）及其它器材做電學(xué)實驗，如圖．

（1）如圖甲是小明“探究電流與電阻關(guān)系”時連接的部分實驗電路．
①將5Ω電阻接入電路，請用筆畫線代替導(dǎo)線，將實驗電路連接完整，要求滑動變阻器的滑片P向右滑電流表示數(shù)變大；
②閉合開關(guān)，移動滑片P，使電壓表的示數(shù)為2.5V時讀出對應(yīng)的電流值并記錄；
③斷開開關(guān)，用10Ω的電阻替換5Ω的電阻，此時如果他馬上閉合開關(guān)，會造成電壓表損壞，正確的操作應(yīng)該是先調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P處于最大阻值處，再閉合開關(guān)，移動滑片P使電壓表的示數(shù)仍為2.5V；
④按正確操作完成余下實驗后，得到電流與電阻關(guān)系圖象如圖乙所示，由此可得到的結(jié)論是：電壓一定，電流與電阻成反比．
（2）小麗同學(xué)把圖甲中的定值電阻換成額定電壓為2.5V的燈泡，測量它的額定功率．
①閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表和電壓表都沒有示數(shù)，原因可能是滑動變阻器斷路；
②排除故障后，將滑動變阻器R的滑片移到某一位置時電壓表示數(shù)為2.2V，要測小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑動變阻器連入電路的阻值變小（選填“大”或“小”），當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為0.75W．
（3）小華同學(xué)實驗時發(fā)現(xiàn)桌上沒有電流表，卻多了一個滑動變阻器R₀（最大阻值用R₀表示），他設(shè)計如圖丁所示電路，測出了額定電壓為U₀=2.5V的燈泡的額定功率，請補全下列步驟．
①閉合開關(guān)，先調(diào)節(jié)滑動變阻器R₀（選填“R₀”或“R”）的滑片到最左端（選填“左”或“右”），再調(diào)節(jié)另一滑動變阻器的滑片，直到電壓表示數(shù)為2.5V時為止．
②接著調(diào)節(jié)變阻器R₀的滑片到最右端，讀出這時電壓表的示數(shù)為U；
③小燈泡的額定功率表達式P=U₀ ×$\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$．（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)滑動變阻器的滑片P向右滑時電流表示數(shù)變大將變阻器連入電路中；
③根據(jù)串聯(lián)電路規(guī)律和歐姆定律先求出變阻器連入電路中的阻值大小，再求出更換大電阻后電壓表的示數(shù)分析作答；在上面分析的基礎(chǔ)上，為保護電壓表的安全，應(yīng)使變阻器連入電路中的電阻最大；
④根據(jù)圖乙圖象性質(zhì)得出結(jié)論；
（2）①電流表、電壓表均無示數(shù)，說明電路斷路；
②比較電壓表示示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定滑片移動的方向；
根據(jù)圖丙電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（3）因要測燈的額定功率，所以，首先應(yīng)使燈正常發(fā)光，故R₀的滑片應(yīng)位于左端，使電壓表測燈泡兩端的電壓，調(diào)節(jié)滑動變阻器R使電壓表的示數(shù)為2.5V；然后保持R接入電路中的電阻不變，調(diào)節(jié)R₀的滑片使其接入電路中的電阻最大，電壓表測燈泡和R₀兩端的電壓之和，因各用電器的電壓不變，燈仍正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出R₀兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流，根據(jù)P=U₀I_L求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）①將變阻器串聯(lián)在電路中，滑片向右移動時電流表的示數(shù)變大，變阻器的阻值應(yīng)該變小，所以將變阻器滑片以右的電阻絲連入電路中，如下圖所示：

③在第1次實驗中，電路中的電流大小I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}=\frac{2.5V}{5Ω}$=0.5A，
變阻器分得的電壓U_滑1=6V-2.5V=3.5V，
變阻器連入電路中的電阻大小R_滑1=$\frac{{U}_{滑1}}{{I}_{1}}=\frac{3.5V}{0.5A}$=7Ω；
當(dāng)換成10Ω的電阻時，電路中電流的大小I₂=$\frac{U}{{R}_{滑1}{+R}_{2}}=\frac{6V}{7Ω+10Ω}$=0.353A，
此時定值電阻的電壓：U₂=I₂×R₂=0.353A×10Ω=3.53V＞3V，所以將燒壞電壓表；
因此正確的操作應(yīng)是：在閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P處于變阻器最大阻值處后，再閉合開關(guān)，移動滑片P使電壓表的示數(shù)仍為2.5V；
④圖乙為關(guān)于電流、電阻的反比例函數(shù)圖象，所以得出的結(jié)論是，在電壓一定時，電流與電阻成反比；
（2）①閉合開關(guān)后燈泡不亮，電流表和電壓表都沒示數(shù)，則說明電路有斷路處，可能是滑動變阻器斷路；
電壓表示數(shù)為2.2V，小于燈的額定電壓2.5V，因燈在額定電壓才能正常發(fā)光，所以應(yīng)增大燈的電壓，減小變阻器的電壓，根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知，應(yīng)將滑動變阻器連入電路中的阻值變小；
②由圖丙知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，
則燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（3）由圖丁可知，燈泡L、變阻器R₀、變阻器R三者串聯(lián)，由于電壓表的內(nèi)阻很大，可看作開路，所以變阻器R₀始終以最大阻值R₀接入電路；如果變阻器R的滑片不動時，則電路中的電流是不發(fā)生變化的；而電壓表測量的是燈泡與變阻器R₀滑片左側(cè)電阻絲串聯(lián)的總電壓．
①閉合開關(guān)，先調(diào)節(jié)滑動變阻器R₀的滑片到最左端，此時電壓表只測燈泡的電壓，再調(diào)節(jié)另一滑動變阻器的滑片，直到電壓表示數(shù)為2.5V時為止（即達到燈泡的額定電壓U₀），此時燈泡正常發(fā)光；
②保持變阻器R的滑片不動，接著調(diào)節(jié)變阻器R₀的滑片到最右端，此時電壓表測燈泡與變阻器R₀串聯(lián)的總電壓，讀出這時電壓表的示數(shù)為U；
③燈泡正常發(fā)光后，由于保持變阻器R的滑片不動，則電路中電流不變、燈泡兩端的電壓保持不變，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
當(dāng)變阻器R₀的滑片到最右端時，R₀兩端的電壓U_R0=U-U₀，通過的電流：I=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}=\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$，
串聯(lián)電路中各處的電流相等，即燈正常發(fā)光時的電流：I_L=$\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$，
小燈泡的額定功率：P=U₀I_L=U₀ ×$\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）①見上圖所示；③電壓；調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P處于最大阻值處；④電流與電阻成反比；
（2）①斷路；②小；0.75；
（3）①R₀；左；電壓表示數(shù)為2.5V；②調(diào)節(jié)變阻器R₀的滑片到最右端；③U₀ ×$\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$．

點評 本題探究電流與電阻關(guān)系，考查電路的連接、操作注意事項、根據(jù)圖象得出結(jié)論的能力、故障的分析、實驗操作的過程及在沒有電流表情況下，設(shè)計方案測量燈的額定功率的能力，綜合性強，有一定難度．