题目内容
【题目】在“探究导体的电流跟电阻的关系”实验中,老师提供的器材有:电源(电压恒为3V),电流表、电压表和开关各一个,五个定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω,50Ω),滑动变阻器(规格是“20Ω,2A”),导线若干。
(1)图甲是小明连接的实物电路,图中有一根导线连接错误,请你在连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线。
(____)
(2)在开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片滑至最_____(选填“左”或“右”)端。
(3)电路连接无误后,闭合开关,小明先后将5Ω和10Ω的电阻分别接入电路,移动滑片P进行了二次实验,数据如图乙表格所示,小明紧接着再将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后,直接读出电流表示数示为__A.
(4)小明为了使实验能继续顺利进行,还可以使用的定值电阻有_________。(写出具体的电阻值)
(5)小明将电阻换成标有“2.5V”字样的小灯泡,测量其不同电压下的电功率.
①正确连接电路,闭合开关,发现小灯泡不亮,电压表有示数,电流表指针几乎不动,产生这种现象的原因是_____;
②排除故障,继续实验,根据实验数据画出I﹣U图像(如图丙).由此可求出小灯泡正常发光时的功率为__W;
(6)完成上述实验后,小明又利用上述器材重新设计了电路(增加了一个滑动变阻器)如图丁,测量另一个小灯泡的额定功率,这个小灯泡正常工作的电流为I1.请完成实验步骤.
①只闭合开关S1,移动滑动变阻器R2的滑片,使电流表示数为I1;
②只闭合开关S2,保持滑动变阻器R2的滑片位置不变,移动滑动变阻器R1的滑片,使电流表示数为I1;再_____________________,读出电流表的示数为I2;
③则小灯泡的额定功率表达式为P额=_____.
【答案】见解析 右 0.12 15Ω,30Ω 灯泡断路 0.625 将滑动变阻器R2的滑片调到最左端 3V I12 /I2
【解析】
(1)原电路中,电压表被短路了,应并联在电阻的两端,如下所示:
(2)在开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处,即最右端;
(3)研究电流与电阻的关系时,要控制电压表示数不变,电路连接无误后,闭合开关,小明先后将5Ω和10Ω的电阻分别接入电路,移动滑片P进行了二次实验,数据如图乙表格所示。因研究电流与电阻的关系时,要控制电压表示数不变,由欧姆定律得,电压表示数U表=I1R1=0.4A×5Ω=2V;由表中数据知,当电阻为R2=10Ω时,电流为I2=0.2A,根据串联电路电压的规律,变阻器两端的电压U滑=UU表=3V2V=1V,变阻器连入电路中的电阻R滑===5Ω,小明紧接着再将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后,电路的总电阻R=R3+R滑=20Ω+5Ω=25Ω,故直接读出电流表示数,即为此时的电流大小I===0.12A;
(4)由(3)知,定值电阻的电压是变阻器电压的=2倍,根据分压原理,定值电阻的大小是变阻器阻值的2倍,当变阻器连入电路中的电阻为20Ω时,定值电阻最大值为2×20Ω=40Ω,故除已用的电阻外,小明为了使实验能继续顺利进行,还可以使用的定值电阻有15Ω、30Ω的电阻;
(5)①经分析,闭合开关,发现小灯泡不亮,电压表有示数,电流表指针几乎不动,产生这种现象的原因是:灯泡断路;②根据实验数据画出IU图象,由图乙可知,当灯的电压为2.5V时,通过的电流为0.25A,由此可求出小灯泡正常发光时的功率为:P=UI=2.5V×0.25A=0.625W;
(6)分析实验的原理可以得出其具体的步骤为:①只闭合开关S1,移动滑动变阻器R2的滑片,使电流表示数为I1;②只闭合开关S2,保持滑动变阻器R2的滑片位置不变,调节滑动变阻器R1的滑片使电流表示数为I1;根据等效替代法,则小灯泡正常发光的电阻与变阻器R1此时的电阻相同,为测量出此时变阻器R1的电阻,故应将滑动变阻器R2的滑片调到最左端,读出电流表的示数为I2;根据欧姆定律,变阻器R1的电阻即为灯正常发光时的电阻,即RL=,
小灯泡的额定功率P额=R灯==.