题目内容
【题目】小欣同学在做“探究电流与电压、电阻的关系”实验时,准备以下器材:电源电压为4.5V且保持不变,电流表(0~0.6A)、电压表(0~3V)、滑动变阻器(20Ω 1A)、五个定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω)、开关、导线若干。根据如图的电路图进行实验
(1)导线连接之前,开关S应该_________(选填“断开”、“闭合”);
(2)将电路连接正确后,闭合开关,发现电流表无示数,电压表指针有明显偏转,原因可能是__________;
(3)探究电流与电压的关系时,小欣通过调节滑动变阻器滑片P,测出通过定值电阻R的不同电流和对应的电压如下表所示。
实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
电压U/V | 0.51 | 1.01 | 1.51 | 2.01 | 2.51 |
电流I/A | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 |
梁老师看到小欣的数据后说小欣的实验操作中存在问题,并且其中有一组数据是错误的。小欣在实验操作中存在的问题是_____。请你帮他分析出错的是第_________次,原因是________________。去掉出错的实验数据,分析可得到的结论是:当电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成_________比
(4)接着小欣又探究电流与电阻的关系,他只更换定值电阻,其余连接均不变。其实验步骤如下:
①在电路中接入阻值为5Ω的定值电阻,移动滑动变阻器的滑片,使得电压表示数为U0=2V,记录电流表示数;
②断开开关,用10Ω的定值电阻替换5Ω的定值电阻再闭合开关,他应该将滑动变阻器的阻值_________(选填“调大”或“调小”)直到电压表示数为U0,再记录电流表示数;
③断开开关,用15Ω的定值电阻替换10Ω的定值电阻再闭合开关,他调节滑动变阻器的阻值,发现电压表示数始终不能调为U0。
为完成五次探究,小欣设计了如下三个调整方案,你认为不可行的是(_____________)
A.如果只调整电压表的示数,则应控制电压表示数U0的范围为2.5V~3V;
B.如果只更换滑动变阻器,则更换的滑动变阻器最大阻值不小于25Ω,最大电流不小于0.4A;
C.如果只更换电源,则更换的电源电压范围是2V-3.6V。
【答案】断开 电阻R断路 编造数据 1 电路中的最小电流大于0.1A 正 增大 B
【解析】
(1)[1]为保护电路,连接导线时,开关S应该断开;
(2)[2]由于电流表示数为0,说明电路可能断路;电压表有明显偏转,说明示数接近电源电压,即电压表与电源连通,即与电压表并联的支路以外的电路是完好的,与电压表并联的电阻R断路;
(3)[3]探究电流与电压的关系时,要控制电阻不变,由表中数据,由欧姆定律知道,电阻是:
,
变阻器的最大电阻为20Ω,由电阻的串联和欧姆定律知道,电路中的最小电流是:
,
所以,操作中存在的问题是编造数据;
[4][5]由以上分析知道,出错的是第1次,原因是电路中的最小电流大于0.1A;
[6]去掉出错的实验数据知道,电压与电流之比为一定值,所以,分析可得到的结论是:当电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比;
(4)[7]探究电流与电阻的关系,要控制电阻的电压不变:
①在电路中接入阻值为5Ω的定值电阻,移动滑动变阻器的滑片,图丙中电压表选用小量程,分度值为0.1V,电压表示数为1V,U0 =2V,记录电流表示数;
②根据串联分压原理知道,将定值电阻由5Ω改接成10Ω的电阻,电阻增大,其分得的电压增大;探究电流与电阻的实验中应控制电压不变,即应保持电阻两端的电压不变,由串联电路电压的规律知道,应增大滑动变阻器分得的电压,由分压原理,应增大滑动变阻器连入电路中的电阻,直到电压表示数为U0,再记录电流表示数;
[8] A.由串联电路电压的规律和分压原理知道:
由此可知,当电源电压U、定值电阻的电压UV 一定时,变阻器的电阻随定值电阻的增大而增大;当电阻为R定5 =25Ω时,所需滑动变阻器的阻值最大为R滑大 =20Ω,根据串联电阻的规律知道,总电阻是:
R=R定5 +R滑大5 =25Ω+20Ω=45Ω,
此时电流中的电流是:
,
由欧姆定律,则此时电压表的示数是:
U表 =IR定5 =0.1A×25Ω=2.5V,
即为应控制a、b间的最小电压为2.5V,最大电压不超过3V,故A可行,不符合题意;
B.电源电压为4.5V,电阻两端电压为2V,滑动变阻器分压为2.5V,变阻器的电压为定值电阻两端电压的1.25倍,根据分压原理,变阻器的电阻为定值电阻的1.25倍,故则更换的滑动变阻器最大阻值不小于
25Ω×1.25=31.25Ω,
故B不可行,符合题意;
C.当变阻器全部电阻20Ω连入电路时,此时对应的定值电阻应最大为25Ω,电源电压最大,根据分压原理,变阻器的电压是:
,
所以最大电源电压为2V+1.6V=3.6V,最小为2V,更换的电源电压范围是2V~3.6V,C可行,不符合题意。
【题目】(8分)自动饮水机已经普遍用于车站、学校等公共场所,它的简化电路图如图所示, 电热丝电阻分别为R1、R2,请根据说明书提供的信息计算(水的密度ρ水=1×103 kg/m3,水的比热容C水=4.2×103 J/kg℃)
饮水机参数 |
热水温度:≥90 ℃ |
热胆容积:2 L |
额定功率:1000 W |
保温功率:40 W |
额定电压:220 V |
频率:50 Hz |
(1)如果饮水机处在“加热”状态正常工作时,电热丝所产生的热量有80%被水吸收,饮水机的热胆装满水,水温由20℃加热到90℃,需用多长时间?
(2)开关断开时,饮水机处于 状态(填“加热”或“保温”)。
(3)电阻丝R1的阻值。