Question

18．甲、乙兩小組探究“電流與電壓和電阻的關(guān)系”．實驗室提供的實驗器材有：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一個，開關(guān)一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動變阻器（規(guī)格分別為“20Ω　2A”“50Ω　1A”），小燈泡一只（額定電壓為2.5V），導(dǎo)線若干．
（1）甲小組探究“電流與電壓的關(guān)系”．
①請你根據(jù)圖甲的電路圖用筆畫線代替導(dǎo)線將圖乙中的實物電路連接完整．
②他們將5Ω的電阻接入電路，檢查無誤后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，造成這一現(xiàn)象的原因可能是定值電阻短路（或電壓表短路、或電壓表斷路）（寫出一條即可）．
③排除故障后進(jìn)行實驗得到的數(shù)據(jù)如表，由此可得到的實驗結(jié)論是電阻一定時，電流與電壓成正比．

電壓U/V	1.0	1.5	3.0
電流I/A	0.2	0.3	0.6

（2）乙小組探究“電流與電阻的關(guān)系”．
①將5Ω的電阻接入電路，檢查無誤后閉合開關(guān)，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為1.5V，并記下相應(yīng)的電流值．再用10Ω的電阻替代5Ω的電阻，此時滑片應(yīng)向右（填“左”或“右”）端移動直到電壓表的示數(shù)為1.5V，讀出電流表的示數(shù)．
②為了完成用四個定值電阻進(jìn)行實驗，應(yīng)選擇滑動變阻器的規(guī)格是50Ω1A．
③他們用小燈泡替換定值電阻，移動滑片，使小燈泡正常發(fā)光，電流表示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率是0.85W．

Answer 1

分析 （1）①按照圖甲的電路圖，將圖乙中還未連入的電壓表和滑動變阻器接入電路，電壓表應(yīng)并聯(lián)到定值電阻兩端，滑動變阻器按照“一上一下”連入電路．由此連接電路；
②電流表有示數(shù)，表明電流表所在電路接通；電壓表無示數(shù)表明電阻短路，或電壓表斷路，或電壓表短路；
③探究“電流與電壓的關(guān)系”，需要保持電阻不變，分析表中電流與電壓的關(guān)系即可得出結(jié)論；
（2）①要探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變；當(dāng)電阻的阻值變化時，其分擔(dān)的電壓也變化，因此通過調(diào)節(jié)滑動變阻器使其兩端的電壓不變，即讓電壓表示數(shù)保持不變；
②先利用歐姆定律求出最大定值電阻接入電路時的電流，然后由串聯(lián)電路特點及歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，進(jìn)而選擇合適的滑動變阻器；
③確定電流表選擇的量程和分度值，讀出示數(shù)，根據(jù)P=UI計算出額定功率．

解答 解：（1）①把定值電阻、滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在電阻兩端，注意滑動變阻器已接了左下角的接線柱，所以應(yīng)將其上面的任意一個接線柱接入電路中，如圖所示：

②電流表有示數(shù)，表明電路接通；電壓表無示數(shù)表明定值電阻短路，電壓表相當(dāng)于和一段導(dǎo)線并聯(lián)，故無示數(shù)；或者電壓表斷路（或電壓表短路）．
③分析表格數(shù)據(jù)可知，電阻不變，電壓增大為原來的幾倍，電流也增大為原來的幾倍，即電流與電壓成正比，可得：電阻一定時，電流與電壓成正比．
（2）①用10Ω的電阻替代5Ω的電阻，定值電阻分壓變大，大于原來的電壓，為保持定值電阻兩端電壓不變（應(yīng)使定值電阻兩端電壓減小到原來的1.5V），應(yīng)增大滑動變阻器的分壓，應(yīng)增大滑動變阻器接入電路的阻值，由電路圖可知，應(yīng)向右移動滑動變阻器滑片，保持定值電阻兩端電壓一定．
②由圖可知，定值電阻和滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測定值電阻兩端的電壓，電流表測電路中的電流；根據(jù)串聯(lián)分壓的知識分析可知，當(dāng)定值電阻的阻值最大時，滑動變阻器接入電路的阻值也最大；
當(dāng)定值電阻R=20Ω時，電壓表示數(shù)U=1.5V，
此時電路中的電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，
根據(jù)串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端電壓之和，
則滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U₀-U=4.5V-1.5V=3V，
根據(jù)串聯(lián)電路中各處電流都相等，則通過滑動變阻器的電流I_滑=I=0.075A，
由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$得，滑動變阻器接入電路的阻值應(yīng)為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{滑}}$=$\frac{3V}{0.075A}$=40Ω＞20Ω，
故為了完成用四個定值電阻進(jìn)行實驗，應(yīng)選擇滑動變阻器的規(guī)格是“50Ω 1A”．
③當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時，其兩端的電壓U_額=2.5V，
電流表選擇0～0.6A量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.34A，即I_額=0.34A，
則小燈泡的額定功率：P_額=UI=2.5V×0.34A=0.85W．
故答案為：（1）①見上圖；②定值電阻短路（或電壓表短路、或電壓表斷路）；③電阻一定時，電流與電壓成正比；
（2）①右；1.5；②“50Ω  1A”；③0.85．

點評 此題為探究“電流與電壓和電阻的關(guān)系”實驗，考查學(xué)生對電路的連接、電路故障的分析、數(shù)據(jù)分析能力、串聯(lián)電路的分壓特點等知識掌握，滑動變阻器的選擇是本題的難點，知道實驗過程中應(yīng)控制定值電阻兩端的電壓不變，分析清楚電路結(jié)構(gòu)、認(rèn)真分析實驗數(shù)據(jù)是正確解題的基礎(chǔ)與關(guān)鍵．本題綜合性很強(qiáng)，難度較大，是中考常見題型．