【題目】小明在實驗室探究電學(xué)實驗,有如下器材:電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、電源(電壓恒為4.5V)、定值電阻R(分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω)、小燈泡(額定電壓為2.5V)、導(dǎo)線若干。

(1)在探究“電流與電阻的關(guān)系”實驗中:

①小明設(shè)計了如圖甲所示電路,請你幫他將圖乙所示的實物圖連接完整。

___

②閉合開關(guān)前,要將滑動變阻器滑片移至_____(選填“A”或“B“)端;電路中滑動變阻器起到保護電路和_____的作用。

③閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)無論如何移動滑動變阻器的滑片,電流表有示數(shù),電壓表示數(shù)為零,此時電路出現(xiàn)的故障可能是_____

④小明排除故障后繼續(xù)實驗,先將5Ω的電阻接入電路,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,直到電壓表示數(shù)為2.5V,記下電流表示數(shù);斷開開關(guān),把5歐電阻換為10歐的電阻,再閉合開關(guān),應(yīng)向_____(選填“A”或“B“)端移動滑動變阻器的滑片,才能使電壓表示數(shù)仍為2.5V,同時再記下電流表的示數(shù)。

⑤為確保所給的5個定值電阻接入電路后都能正常進行實驗,那么,應(yīng)該選取最大阻值不小于_____Ω的滑動變阻器。

(2)完成以上實驗后,小明將定值電阻換成小燈泡,想要測量它的額定電功率。在不損壞小燈泡的情況下,移動滑動變阻器的滑片,記錄多組小燈泡兩端的電壓值及對應(yīng)的電流值,根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制出了小燈泡的“I﹣﹣U”關(guān)系圖象(如圖丙所示)。分析圖象可知,小燈泡正常工作時燈絲電阻為_____Ω,小燈泡的額定功率是_____W.從圖象還可以看出,小燈泡燈絲的電阻是_____(選填“變化或“不變”)的,造成這一現(xiàn)象的原因是燈絲電阻隨_____升高而增大。

【答案】(1)①; ②A; 保持電阻兩端電壓不變; ③電阻短路; ④A; ⑤20; (2)10; 0.625; 變化; 溫度

【解析】

(1)①根據(jù)圖甲連接實物電路;
②閉合開關(guān)前,要將滑動變阻器滑片移至阻值最大處;探究電流與電阻的關(guān)系實驗,需要保持電阻兩端的電壓不變;
③若電流表有示數(shù),說明電路可能短路,電壓表示數(shù)為零,說明電壓表測量的電阻為零,分析故障的位置;
④根據(jù)控制變量法,研究電流與電阻的關(guān)系時,需控制定值電阻的電壓相同,當(dāng)換上大電阻時,根據(jù)分壓原理確定電壓表示數(shù)的變化,由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合分壓原理確定滑片移動的方向;
⑤探究電流與電阻的關(guān)系,應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變;根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出變阻器分得的電壓,根據(jù)分壓原理,求出當(dāng)接入25Ω電阻時變阻器連入電路中的電阻;
(2)根據(jù)小燈泡額定電壓為2.5V時,讀出圖象中對應(yīng)的電流數(shù)值,利用歐姆定律公式變形可求得小燈泡正常工作時的燈絲電阻,根據(jù)P=UI可求燈泡的額定功率;
根據(jù)圖象由歐姆定律求出在不同電壓下的電阻大小,比較數(shù)據(jù)得出結(jié)論;從溫度對電阻的影響分析原因。

(1)①根據(jù)圖甲連接實物,注意電壓表與電阻并聯(lián),且正進負出,即將電壓表的負接線柱連接定值電阻的右端,定值電阻右端再連接滑動變阻器的左上接線柱即可,如下所示:

②閉合開關(guān)前,為保護電路,要將滑動變阻器滑片移至阻值最大處,即A端;

為得出普遍性的結(jié)論要多次測量,故電路中滑動變阻器除起到保護電路元件安全的作用外,還有改變電阻電壓和電流(保證定值電阻兩端的電壓不變)的作用;

③閉合開關(guān)S,無論如何移動滑動變阻器的滑片P,電流表有示數(shù),說明電路不可能是斷路,可能是短路,電壓表示數(shù)為零,說明電壓表測量的電阻為零,則與電壓表并聯(lián)的電阻短路了;

④小明先將的電阻接入,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,直到電壓表示數(shù)為,記下電流表示數(shù);接著在滑動變阻器的滑片位置不變,把R換為的電阻時,電阻變大,電壓表示數(shù)變大,為保持電壓表示數(shù)不變,要增大變阻器的電壓,故應(yīng)向A端移動滑動變阻器的滑片P,才能使電壓表示數(shù)為,同時記下電流表的示數(shù);

研究電流與電阻的關(guān)系實驗中,應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變,即電阻兩端的電壓始終保持2.5V,根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律,變阻器分得的電壓:;

串聯(lián)時,電壓與電阻成正比,變阻器分得的電壓為電壓表示數(shù)的倍,當(dāng)接入電阻時,變阻器連入電路中的電阻為:,故為了完成整個實驗,應(yīng)該選取最大阻值至少的滑動變阻器;

(2)由圖象可知,小燈泡額定電壓為時,電流為,此時的電阻大小:;小燈泡的額定功率:;

由圖象知,當(dāng)電壓分別為、時,對應(yīng)的電流大小分別為、、,根據(jù)分別求出對應(yīng)的電阻大小為、、,所以畫出的圖像是彎曲的,即燈泡的電阻是變化的;

由于通常金屬電阻隨溫度的升高而增大,當(dāng)電壓增大時,燈泡的實際功率變大,燈絲的溫度逐漸升高,則小燈泡燈絲的電阻隨溫度的升高逐漸變大。

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