Question

20．小宇和同學(xué)們?cè)凇疤骄侩娏髋c電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，所用的器材有：三節(jié)新干電池，“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω”的電阻各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器一個(gè)，電流表使用0∽0.6A的量程，電壓表使用0∽3V的量程，開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干，請(qǐng)你和他一起完成下列實(shí)驗(yàn)：
（1）小宇連成如圖甲所示的電路，同組的小紅發(fā)現(xiàn)電路連接有一處錯(cuò)誤，請(qǐng)?jiān)阱e(cuò)誤的導(dǎo)線上劃“×”，并畫(huà)出正確的連線．
（2）實(shí)驗(yàn)中，控制定值電阻兩端的電壓為2v不變，當(dāng)小宇用20Ω的定值電阻替換了15Ω的定值電阻后，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表的示數(shù)都無(wú)法降低到2v，原因是滑動(dòng)變阻器的最大阻值小于25Ω．
（3）小宇在實(shí)驗(yàn)時(shí)，用額定電壓為“2.5V“的小燈泡L₁替換定值電阻，想測(cè)量L₁的額定功率，可電壓表壞了，老師又給他提供了一個(gè)標(biāo)有“2.5V 1.25W“的小燈泡L₂和兩個(gè)開(kāi)關(guān)S₁、S₂，他設(shè)計(jì)了如圖乙所示的電路圖，同樣完成了實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你將下列實(shí)驗(yàn)過(guò)程補(bǔ)充完整：
①閉合開(kāi)關(guān)S和S₂、斷開(kāi)S₁，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電流表示數(shù)為0.5A；
②閉合開(kāi)關(guān)S、S₁、斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S₂（填“S₁、S₂、S₃的通斷情況）．保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，記錄電流表的示數(shù)為I；
③小燈泡L₁額定功率的表達(dá)式P_額=2.5V×（I-0.5A）．
（4）若只將小燈泡換成電磁鐵，滑片向左移動(dòng)時(shí)，電磁鐵吸引大頭針的數(shù)量將減�。ㄟx填“增多”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)與電阻并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（2）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定變阻器的最大阻值至少為多少，據(jù)此作答；
（3）因兩燈的額定電壓相同，將兩燈并聯(lián)，移動(dòng)滑片，移動(dòng)滑片，當(dāng)通過(guò)燈L₂的電流為I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}=\frac{1.25W}{2.5V}$=0.5A時(shí)，L₂正常發(fā)光，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，此時(shí)燈L₁也正常發(fā)光；保持滑片的位置不動(dòng)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電流表測(cè)通過(guò)兩燈的總電路I，因電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，各用電器的電壓不變，所以通過(guò)L₂的電流不變，其仍正常發(fā)光，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律可求出此時(shí)正常發(fā)光燈L₁的電流，根據(jù)P=UI可求燈L₁的額定功率；
（4）由改正后的電路分析，根據(jù)影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素及滑片向左移動(dòng)時(shí)電流的變化作答．

解答 解：（1）由圖乙可知，電壓表一端接在電阻的左接線柱，另一端接在了滑動(dòng)變阻器的滑片上，所以電壓表測(cè)量定值電阻和變阻器滑片以左電阻絲兩端的總電壓，因電壓表內(nèi)阻很大，無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片，電流始終通過(guò)變阻器所有的電阻絲，滑片不起作用，滑動(dòng)變阻器連接錯(cuò)誤，應(yīng)按一上一下的原則將變阻器連入電路中，應(yīng)把電壓表并聯(lián)在定值電阻的兩端，正確的連接如下圖所示：

（2）電壓電壓為4.5V，電壓表示數(shù)為2V保持不變，所以變阻器應(yīng)分去4.5V-2V=2.5V的電壓，變阻器分得的電壓是定值電阻電壓的$\frac{2.5V}{2V}=\frac{5}{4}$，根據(jù)分壓原理，變阻器的電阻大小至少為$\frac{5}{4}$×20Ω=25Ω，電壓表的示數(shù)無(wú)法降低到2V的原因是滑動(dòng)變阻器的最大阻值小于25Ω；
（3）由電路圖可知：
①當(dāng)開(kāi)關(guān)S、S₂閉合，斷開(kāi)S₁時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電流表示數(shù)I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}=\frac{1.25W}{2.5V}$=0.5A，此時(shí)L2的電壓為2.5V，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈L₁也正常發(fā)光；
②保持滑片的位置不變，閉合開(kāi)關(guān)S、S₁，斷開(kāi)S₂時(shí)，兩燈泡仍并聯(lián)，電流表測(cè)干路電流I；
③因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，所以，通過(guò)L₁的電流I₁=I-I₂=I-0.5A，因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，所以，L₁額定功率P_額=UI₁=2.5V×（I-0.5A）；
（4）影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素是線卷的匝數(shù)和電流大小，當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，變阻器連入電路中電阻變大，電流變小，電磁鐵磁性減弱，所以電磁鐵吸引大頭針的數(shù)量將減�。�
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）滑動(dòng)變阻器的最大阻值小于25Ω；
（3）①0.5；②閉合開(kāi)關(guān)S、S₁，斷開(kāi)S₂；③2.5V×（I-0.5A）；
（4）減�。�

點(diǎn)評(píng) 本題探究電流與電阻關(guān)系，考查電路的連接、對(duì)器材的要求、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)電功率的能力、影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素及控制變量法和轉(zhuǎn)換法的運(yùn)用，綜合性強(qiáng)，有一定難度．