Question

15．小軍用如圖甲所示的電路探究“通過導體的電流與導體兩端電壓的關系”．

（1）小軍在開關閉合前，滑動變阻器的滑片應放在最右（填“右”或“左”）端，這樣做的目的是保護電路．開關閉合后，發(fā)現電壓表無示數，電流表有示數，電路可能的故障是電阻R短路．
（2）圖乙是在某次實驗的電流表和電壓表示數，則小軍選擇的定值電阻是10Ω．若使電壓表的示數變大，小軍應將滑動變阻器的滑片向左（填“左”或“右”）移動．
（3）小軍進行了多次實驗后，繪制了定值電阻的電流隨電壓變化的圖象（如圖丙所示），正確的圖象是A（填“A”或“B”）．
（4）小軍看到實驗桌上有一個額定電壓為U的小燈泡，他想挑戰(zhàn)只用一只電流表測量該小燈泡的額定功率．小軍又找來一個已知阻值的定值電阻R₀和兩個開關S₁、S₂，設計了如圖丁所示的電路圖，請補全小軍的實驗步驟．
①只閉合開關S和S₂（填“S₁”或“S₂”），調節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數為$\frac{U}{{R}_{0}}$．
②只閉合開關S和S₁（填“S₁”或“S₂”），保持滑動變阻器的滑片位置不變，讀出此時電流表的示數為I．
③則小燈泡的額定功率的表達式為P_額=UI-$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$（用字母表示）．
（5）小軍又想探究“通過導體的電流與導體電阻的關系”．他利用如圖甲所示的電路圖，選擇三個阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω的定值電阻，規(guī)格為“10Ω　1A”的滑動變阻器，若他想三次實驗中控制電壓表的示數為2V不變，則電源電壓的選取范圍是2～3V．

Answer 1

分析 （1）開關閉合前，應將滑片移至最大阻值處；電流表有示數，電路中存在短路，電壓表無示數，可能與電壓表并聯的電路短路；
（2）讀出電表的示數，根據R=$\frac{U}{I}$計算出電阻值；
要使電壓表的示數變大，應減小滑動變阻器的阻值；
（3）電阻不變，電流與電壓成正比．
（4）根據并聯電路電壓相等的特點判斷燈泡正常發(fā)光時電流表的示數，根據并聯電路的電流特點得出燈泡發(fā)光時的電流值，得出電功率的表達式；
（5）根據最大的定值電阻來計算最大電壓值．

解答 解：（1）為了保護電路，所以在閉合開關前，將滑片移至最左端，使其阻值最大；電流表有示數，電壓表無示數，則可能與電壓表并聯的電阻短路；
（2）由圖乙知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.26A；電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數為2.4V；
所以定值電阻的阻值為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.4V}{0.24A}$=10Ω；要使電壓表的示數變大，應減小滑動變阻器的阻值，將滑片向左滑動；
（3）由于是定值電阻，所以電流與電壓成正比例，A正確，B錯誤；
（4）首先只閉合S和S₂，此時定值電阻與燈泡并聯，燈泡正常發(fā)光時，定值電阻兩端電壓為U，所以此時電流表測量通過定值電阻的電流表示數應為I₀=$\frac{U}{{R}_{0}}$，所以當電流表的示數為$\frac{U}{{R}_{0}}$時燈泡正常發(fā)光；
只閉合S和S₁，此時電流表測量干路電流，則可知燈泡的額定電流I_額=I-I₀=I-$\frac{U}{{R}_{0}}$；
燈泡的額定功率P_額=U_額I_額=U×（I-$\frac{U}{{R}_{0}}$）=UI-$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$；
（5）若定值電阻的阻值為20Ω，變阻器的阻值為最大10Ω時，電阻兩端的電壓恰為2V，根據串聯電路的特點：$\frac{R}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$得$\frac{20Ω}{10Ω}$=$\frac{2V}{{U}_{滑}}$解得：U_滑=1V；
則電源電壓為U=1V+2V=3V．由上分析知，電源電壓的范圍是2V～3V之間．
故答案為：（1）右；保護電路；電阻R短路；（2）10；左；（3）A；（4）S₂；$\frac{U}{{R}_{0}}$； S₁；  UI-$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$；  （5）3．

點評 本題是通過導體的電流與導體兩端電壓的關系測量，考查了滑動變阻器的應用、電表的讀數、電阻的計算及其測量電功率的特殊方法等等，屬于難題．