Question

4．在緊張的中考復習中，小張同學和同桌小孟對物理的電學實驗進行了總結(jié)，為了更好的掌握實驗，他們一起拿出了自己的實驗器材，準備重新回顧實驗，其中有如下器材：電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、電源電壓6V、定值電阻R（分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω）、導線若干，小張設計的實驗電路如圖甲所示． 
（1）在探究“電流與電阻的關系”實驗中：
①閉合開關前，應將滑動變阻器滑片移至B（填“A”或“B”）端，起到保護電路元件安全的作用，電路連接好，小張閉合開關S，發(fā)現(xiàn)電壓表的指針反向偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，這是由于電壓表正負接線柱接反引起的；小張糾正錯誤后繼續(xù)進行實驗．
②小張先將R=25Ω的電阻接入，閉合開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片直到電壓表示數(shù)為2.5V，記下電流表示數(shù)，把R換為20Ω的電阻時，應將滑動變阻器的滑片位置向A（填“A”或“B”）端移動，使電壓表示數(shù)保持2.5V不變，同時記下電流表的示數(shù)，接著把R分別換成15Ω、10Ω、5Ω的電阻進行實驗．
③若要使所給的5個定值電阻依次接入電路中都能正常進行實驗，應該選取滑動變阻器的最大阻值至少為35Ω．
④小張根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)描繪出電流隨電阻變化的曲線如圖丙中的a圖象所示，由圖象可得結(jié)論：當電壓一定時，導體中電流與電阻成反比．
⑤同組的小孟也利用電路和器材按同樣的電阻更換順序又進行了一次實驗，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)描繪出了如圖丙中的b所示的圖線，但小孟在操作中存在一個錯誤，請你根據(jù)圖象分析，小孟在實驗中的錯誤是沒有控制電壓表示數(shù)為2.5V不變．

（2）順利完成這個實驗后，他們發(fā)現(xiàn)實驗盒中還有小燈泡，銘牌上標有額定電壓為2.5V，于是想測一下燈泡的電阻．
①小孟用小燈泡代替定值電阻繼續(xù)實驗，連接完電路后，發(fā)現(xiàn)小燈泡微微發(fā)光，移動滑片，小燈泡亮度不變，請你幫助小孟分析原因：將變阻器的下面兩個接線柱連入了電路中．
②小孟將電路連接正確后，閉合開關，條件變阻器的滑片，使小燈泡剛好正常發(fā)光，電流表的示數(shù)如圖丁所示，此時小燈泡的阻值是8.3Ω（小數(shù)點后保留一位）．
③實驗中，小孟的小燈泡先由暗變亮，發(fā)出耀眼的光后被燒壞，為了避免燈絲燒斷，請你提出在調(diào)節(jié)滑動變阻器的過程中應注意的事項：眼睛應注意觀察電壓表示數(shù)不能超過3V．．

Answer 1

分析 （1）閉合開關前，應將滑動變阻器滑片移至阻值最大處即B端，起到保護電路元件安全的作用；
②根據(jù)控制變量法，研究電流與電阻的關系時，需控制定值電阻的電壓相同，當換上小電阻時，根據(jù)分壓原理確定電壓表示數(shù)的變化，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合分壓原理確定滑片移動的方向；
③根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，求出變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，求出當定值電阻最大時，滑動變阻器連入電電路中的阻值；
④由圖象可知，電阻與對應的電流之積為0.25，為一定值，據(jù)此回答；
⑤研究電流與電阻的關系時，要控制電壓表示數(shù)不變；
（2）①小孟用小燈泡代替定值電阻繼續(xù)實驗，連接完電路后，發(fā)現(xiàn)小燈泡微微發(fā)光，說明電路中電流很小，移動滑片，小燈泡亮度不變，即電流不變，說明變阻器失去了變阻的作用，據(jù)此分析；
②根據(jù)電流表小量程讀數(shù)，由歐姆定律求電阻大小；
③為避免燈損壞，眼睛應注意觀察電壓表示數(shù)不能超過燈的額定電壓的五分之一．

解答 解：（1）在探究“電流與電阻的關系”實驗中：
①閉合開關前，應將滑動變阻器滑片移至阻值最大處即B端，起到保護電路元件安全的作用；
電路連接好，小張閉合開關S，發(fā)現(xiàn)電壓表的指針反向偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，即指針反向偏轉(zhuǎn)，這是由于電壓表正負接線柱引起的；
②根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知，將定值電阻由25Ω改接成20Ω的電阻，電阻變小，其分得的電壓變�。�
探究電流與電阻的實驗中應控制電壓不變，應保持電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可知，應減小滑動變阻器分得的電壓，由分壓原理可知，應減小滑動變阻器連入電路中的電阻，所以滑片應向A端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
③電源電壓6V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓U_滑=6V-2.5V=3.5V，變阻器的電壓是定值電阻的$\frac{3.5V}{2.5V}$=1.4倍，根據(jù)分壓原理，變阻器的電阻是定值電阻的$\frac{3.5V}{2.5V}$=1.4倍；當定值電阻最大為25Ω時，該選取滑動變阻器的最大阻值至少為1.4×25Ω=35Ω；
④小張根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)描繪出電流隨電阻變化的曲線如圖丙中的a圖象所示，由圖象可知，電阻與對應的電流之積為2.5，為一定值，故可得結(jié)論：當電壓一定時，導體中電流與電阻成反比；
⑤同組的小孟也利用電路和器材按同樣的電阻更換順序又進行了一次實驗，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)描繪出了如圖丙中的b所示的圖線，由圖可知，當電阻分別為5Ω、10Ω時，對應的電流分別為0.3A和0.2A，根據(jù)歐姆定律的變形公式U=IR可知，電壓表示數(shù)分別為1.5V和2V，沒有控制電壓表示數(shù)為2.5V不變；
（2）①小孟用小燈泡代替定值電阻繼續(xù)實驗，連接完電路后，發(fā)現(xiàn)小燈泡微微發(fā)光，說明電路中電流很小，移動滑片，小燈泡亮度不變，即電流不變，說明變阻器失去了變阻的作用，原因是將變阻器的下面兩個接線柱連入了電路；
②小孟將電路連接正確后，閉合開關，調(diào)節(jié)變阻器的滑片，使小燈泡剛好正常發(fā)光，電流表的示數(shù)如圖丁所示，圖中電流表分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，此時小燈泡的阻值：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω；
③在調(diào)節(jié)滑動變阻器的過程中，眼睛應注意觀察電壓表的示數(shù)不超過燈的額定電壓的五分之一，即電壓表示數(shù)不能超過3V．
故答案為：
（1）①B、電壓表正負接線柱接反；②A；③35；④反比；⑤沒有控制電壓表示數(shù)為2.5V不變；
（2）①將變阻器的下面兩個接線柱連入了電路中；②8.3；③眼睛應注意觀察電壓表示數(shù)不能超過3V．

點評 本題電流與電阻的關系，考查注意事項、器材的選擇，數(shù)據(jù)的分析、控制變量法的運用，同時也考查了測燈的電阻實驗，涉及故障分析、電流表讀數(shù)、電阻計算和注意事項．