Question

13．小東想探究“電流與電阻的關(guān)系”，他用電源（電壓恒為6V）、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器（兩種規(guī)格：①“20Ω，1A”、②“50Ω，0.5A”）、電阻箱（可以調(diào)節(jié)電阻大小并能顯示出阻值的變阻器，符號）、開關(guān)和導(dǎo)線等器材，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路．

（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線將圖甲所示的實(shí)物電路圖補(bǔ)充完整，（圖為即將閉合開關(guān)前的電路）．
（2）小東閉合開關(guān)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表的示數(shù)為零，則電路可能存在的故障是電阻箱短路（或電壓表短路或電壓表壞了）．
（3）小東排除了故障后進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，依次調(diào)節(jié)電阻箱的阻值為5Ω、10Ω、20Ω，并移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使三次實(shí)驗(yàn)中電阻箱兩端電壓相同．圖乙所示是小東的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，由表格中的數(shù)據(jù)可知，小東三次實(shí)驗(yàn)時(shí)控制電壓表為2V不變．
（4）分析表格中數(shù)據(jù)，可判斷小東選擇的滑動(dòng)變阻器的規(guī)格是：②（選填“①”或“②”）．通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：電壓不變，電流與電阻成反比．
（5）小東還想探究“電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”．他把剛才實(shí)驗(yàn)電路中的電阻箱換成了一個(gè)小燈泡L．同組的小西認(rèn)為，他不能完成實(shí)驗(yàn)探究，因?yàn)椋簾艚z的電阻隨溫度的變化而變化．
（6）小西想測量小燈泡L的額定功率（額定電壓已知為U_額），但此時(shí)電流表和滑動(dòng)變阻器已損壞．他想利用余下的器材（其中電源電壓為U）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，
①圖丙是他設(shè)計(jì)的電路圖的一部分，請你將電路圖補(bǔ)充完整，要求不用重新連接電路就能測出燈泡的額定功率．
②請將實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整并寫出表達(dá)式：調(diào)節(jié)電阻箱的旋鈕當(dāng)電壓表示數(shù)為U_額時(shí)，電阻箱連入的阻值為R₀．則小燈泡的額定功率的表達(dá)式為：P_額=$\frac{（U-{U}_{額}）{U}_{額}}{{R}_{0}}$（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）將電電流表和變阻器串聯(lián)在電路中，變阻器要接一上一下；
（2）電流表有示數(shù)，電壓表的示數(shù)為零，則可能與電壓表并聯(lián)的電路短路或電壓表故障；
（3）根據(jù)表格中任一組數(shù)據(jù)由U=IR計(jì)算出電壓值；
（4）根據(jù)串分壓的知識，定值電阻的阻值越大，所需變阻器的阻值越大，根據(jù)第三組計(jì)算出變阻器的阻值，可選擇出變阻器的規(guī)格；
（5）要探究電流與電壓的關(guān)系，需保持電阻的阻值不變；
（6）已知燈泡的額定電壓，若電阻箱兩端的電壓等于U-U_額，燈泡便正常發(fā)光；
根據(jù)I=$\frac{U}{R}$計(jì)算出電路中的電流，便可計(jì)算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）將電流表串聯(lián)在電路中，根據(jù)正負(fù)接線柱的接法可知，開關(guān)右邊接線柱應(yīng)接電阻箱或電壓表左邊的接線柱；
變阻器應(yīng)再接下面一個(gè)接線柱，閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)在最大阻值處，所以下面應(yīng)接左邊的接線柱，如圖所示：
 
（2）電流表有示數(shù)，電壓表的示數(shù)為零，則電路可能是電阻箱短路或電壓表短路或電壓表壞了；
（3）由第一組數(shù)據(jù)可知，電壓表的示數(shù)為U=IR=0.4A×5Ω=2V；
（4）由表格中數(shù)據(jù)知，當(dāng)阻值R=20Ω時(shí)，變阻器的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-2V}{0.1A}$=40Ω，所以應(yīng)選擇50Ω，0.5A的變阻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；
由表格中數(shù)據(jù)知，電壓不變，電流與電阻的乘積是定值，可得電壓不變，電流與電阻成反比；
（5）燈絲的電阻隨溫度的變化而變化，要探究電流與電壓的關(guān)系，需保持電阻不變，所以不能用燈泡完成該實(shí)驗(yàn)；
（6）可將電壓表與電阻并聯(lián)，如圖所示：

②實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電壓表的示數(shù)為U_額，記下電阻箱的阻值R₀，此時(shí)燈泡正常發(fā)光，電阻箱兩端的電壓為U-U_額，則燈泡的額定電流I_額=IR=$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$，
則P_額=U_額I_額=U_額×$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$=$\frac{（U-{U}_{額}）{U}_{額}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）電阻箱短路（或電壓表短路或電壓表壞了）；（3）2；（4）②；電壓不變，電流與電阻成反比；（5）燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；（6）①見上圖；②當(dāng)電壓表示數(shù)為U_額時(shí)，電阻箱連入的阻值為R₀；$\frac{（U-{U}_{額}）{U}_{額}}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評 本題是探究電流和電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，考查了控制變量法的應(yīng)用、電路故障的分析、電路的連接、額定電功率的特殊測量方法，（6）中更體現(xiàn)了電阻箱比變阻器的優(yōu)越性．