题目内容
【题目】小明在实验室探究电学实验,有如下器材:电压表、电流表、滑动变阻器、开关、电源(电压恒为4.5V)、定值电阻R(分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω)、小灯泡(额定电压为2.5V)、导线若干;
(1)在探究“电流与电阻的关系”实验中:
①小明设计了如图甲所示电路,请你帮他将图乙所示的实物图连接完整;
(________)
②闭合开关前,要将滑动变阻器滑片移至___(选填“A”或“B”)端;电路中滑动变阻器起到____和__的作用;
③闭合开关,发现无论如何移动滑动变阻器的滑片,电流表有示数,电压表示数为零,此时电路出现的故障可能是 ________;
④小明排除故障后继续实验,先将5Ω的电阻接入电路,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,直到电压表示数为2.5V,记下电流表示数;断开开关,把5欧电阻换为10欧的电阻,再闭合开关,应向______(选填“A”或“B”)端移动滑动变阻器的滑片,才能使电压表示数仍为2.5V,同时再记下电流表的示数;
⑤为确保所给的5个定值电阻接入电路后都能正常进行实验,那么,应该选取最大阻值不小于______Ω的滑动变阻器;
(2)完成以上实验后,小明将定值电阻换成小灯泡,想要测量它的电阻。在不损坏小灯泡的情况下,移动滑动变阻器的滑片,记录多组小灯泡两端的电压值及对应的电流值,根据这些数据绘制出了小灯泡的“I﹣U”关系图象(如图丙所示)。分析图象可知,小灯泡正常工作(即在2.5V电压下工作)时灯丝电阻为______Ω;从图象还可以看出,小灯泡灯丝的电阻是_______(选填“变化”或“不变”)的,造成这一现象的原因是灯丝电阻随 _______升高而增大。
【答案】 A 保护电路元件安全 保持电阻两端电压不变 定值电阻R短路 A 20 10 变化 温度
【解析】
(1)①[1]根据图甲连接实物,注意各元件顺序与电路图一一对应,电压表与电阻并联,且正进负出,如下所示:
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②[2]闭合开关前,为保护电路,要将滑动变阻器滑片移至阻值最大处,即A端;
[3][4]为了探究“电流与电阻的关系”的关系,需要控制电阻两端的电压不变,故电路中滑动变阻器除起到保护电路元件安全的作用外,还有保持电阻两端电压不变的作用;
③[5]闭合开关S,无论如何移动滑动变阻器的滑片P,电流表有示数,说明电路不可能是断路,可能是短路,电压表示数为零,说明电压表并联的支路短路了;即定值电阻R短路了;
④[6]小明先将的电阻接入,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,直到电压表示数为2.5V,记下电流表示数;接着在滑动变阻器的滑片位置不变,把R换为10Ω的电阻时,电阻变大,电压表示数变大,为保持电压表示数不变,要增大滑动变阻器的电压,故应向A端移动滑动变阻器的滑片P,才能使电压表示数为2.5V,同时记下电流表的示数;
⑤[7]由题意知,电阻两端的电压始终保持2.5V不变:根据串联电路电压的规律,滑动变阻器分得的电压:
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滑动变阻器分得的电压为电压表示数的倍数是:
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根据分压原理,当接入25Ω电阻时,变阻器连入电路中的电阻为:
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故为了完成整个实验,应该选取最大阻值至少20Ω的滑动变阻器;
(2)[8]由图丙可知,小灯泡额定电压为2.5V时,电流为0.25A,此时的电阻大小是:
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[9]由图丙知,当电压分别为0.5V、1.5V、2.5V时,对应的电流大小分别为0.1A、0.2A、0.25A,根据分别求出对应的电阻大小为:
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可知小灯泡灯丝的电阻随电压的增大逐渐而变大;
[10]当电压增大时,通过的电流也相应增大,根据,灯的电功率也逐渐增大,灯丝的温度逐渐升高,由于灯丝电阻随温度的升高而增大,所以小灯泡灯丝的电阻随温度的升高逐渐变大。