Question

4．小明利用如圖甲所示的電路，實驗探究“保持電阻不變時，電流跟電壓的關(guān)系”．實驗器材：電源（電壓恒為4.5V）、電流表、電壓表各一只，一個開關(guān)，一個定值電阻，一只滑動變阻器，導(dǎo)線若干．

（1）請根據(jù)圖甲所示的電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線把圖乙所示的實物電路連接完整．
（2）小明在閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)電壓表指針反向偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：電壓表正負(fù)接線柱接反了．
（3）小明通過實驗得到多組實驗數(shù)據(jù)，由這些數(shù)據(jù)畫出如圖丙所示的圖象，由圖象可得結(jié)論：保持電阻不變時，電流與電壓成正比．
（4）若電流表損壞，請你利用余下實驗器材，測量一個額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率（燈絲的電阻會隨溫度變化），并把如下的實驗步驟補(bǔ)充完整．
①在原實驗電路中，斷開開關(guān)S，拆去電流表，用小燈泡替換定值電阻，重新連接好電路，并移動滑片P至B（選填“A”或“B”）端；
②閉合開關(guān)S，移動滑片P，直至電壓表的示數(shù)為2.5V時，小燈泡正常發(fā)光；
③保持滑片P的位置不變，斷開開關(guān)，用定值電阻替換小燈泡，閉合開關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)U；（補(bǔ)全實驗步驟）；
④小燈泡的額定功率的表達(dá)式P_額=$\frac{U}{（4.5V-U）}×1W$．（用數(shù)據(jù)和測量的物理量符號表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖連接實物電路圖；
（2）電表正負(fù)接線柱不要接反，否則指針將反向偏轉(zhuǎn)；
（3）分析圖示圖象，然后得出結(jié)論；
（4）首先通過移動滑片使燈正常發(fā)光，為測量此時變阻器連入電路中的電阻大小R_滑，保持滑片的位置不動，斷開開關(guān)，用定值電阻替換小燈泡，讀出電壓表的示數(shù)U（在沒有電流表的情況下，電壓表與定值電阻應(yīng)起到電流表的作用），可求出電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點和歐姆定律求出R_滑，因變阻器連入電路中的阻值大小不變，在②操作的電路中，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點和歐姆定律可求出電路中的電流大小，即燈正常工作時的電流大小，根據(jù)P_額=U_額I_額，寫出額定功率的表達(dá)式．

解答 解：（1）把電流表串聯(lián)接入電路，根據(jù)電路圖連接實物電路圖，如下圖所示：

（2）閉合開關(guān)S后，電壓表指針反向偏轉(zhuǎn)，這是由于電壓表正負(fù)接線柱接反了造成的；
（3）由圖丙所示圖象可知，U-I圖象是一條傾斜的直線，R=$\frac{U}{I}$，由此可得：電阻保持不變時，電流與電壓成正比；
（4）①斷開開關(guān)S，拆去電流表，用小燈泡替換定值電阻，重新連接好電路，并移動滑片P至B端；
②閉合開關(guān)S，移動滑片P，直至電壓表的示數(shù)為燈泡額定電壓2.5V時，小燈泡正常發(fā)光；
③保持滑片P的位置不變，斷開開關(guān)，用定值電阻替換小燈泡，閉合開關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)U；
④由圖丙所示圖象可知，定值定值阻值R=$\frac{U}{I}=\frac{2V}{0.4A}$=5Ω，在第③操作中，通過定值電阻的電流大小
I′=$\frac{U}{{R}_{定}}=\frac{U}{5Ω}$，即為通過變阻器的電流大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點，此時變阻器的電壓U_滑=4.5V-U，
所以變阻器連入電路中的阻值大小R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I′}=\frac{4.5V-U}{I′}$=$\frac{4.5V-U}{U}×5Ω$；
在②操作的過程中，因燈正常發(fā)光，所以，變阻器的電壓U′_滑=4.5V-2.5V=2V，此時通過變阻器的電流即燈正常發(fā)光時的電流I_額=$\frac{{U′}_{滑}}{{R}_{滑}}=\frac{2V}{（4.5V-U）×\frac{5Ω}{U}}=\frac{2VU}{（4.5V-U）×5Ω}$，所以燈的額定功率：
P_額=U_額I_額=2.5V×$\frac{2VU}{（4.5V-U）×5Ω}$=$\frac{U}{（4.5V-U）}×1W$．
故答案為：
（1）連接如上圖所示；
（2）電壓表正負(fù)接線柱接反了；
（3）電流跟電壓成正比；
（4）①B；②2.5；③保持滑片P的位置不變，斷開開關(guān)，用定值電阻替換小燈泡，閉合開關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)U；④$\frac{U}{（4.5V-U）}×1W$．

點評 探究“保持電阻不變時，電流跟電壓的關(guān)系和測量燈的額定功率兩個實驗，考查電路的連接、反常現(xiàn)象的分析處理、分析數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力及在沒有電流表設(shè)計測量燈的額定功率的實驗方案的能力，（4）難度大，綜合性強(qiáng)，求變阻器連入電路中的電阻大小是關(guān)鍵．