Question

【题目】小明在“探究电流与电压的关系”实验中，提供的器材有：电源（电压4.5V且不变），小灯泡（标有“2.5V”），定值电阻R（阻值为10Ω），滑动变阻器R0（标有“50Ω 1A”），电阻箱，学生用双量程电流表和电压表，导线若干：

(1)某实验小组经过相互讨论，完成了该实验方案的三次设计，由图A到图B，改进的理由是_____；接着小组再优化电路设计，由图B到图C。

(2)如图C所示的实验中，如果出现了电流表示数为0A，电压表示数接近4.5V，电路发生的故障可能是_____。

(3)多次调节滑动变阻器，测出通过电阻R的电流和对应的电压值，如表所示，分析数据得到结论：_____。

(4)然后用图C所示的电路“探究电流与电阻关系”，当定值电阻为10Ω时，对应的电流表示数为0.15A，接着为了测量更多组数据，又提供了15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、35Ω定值电阻各一个，其中_____定值电阻不能使用。

(5)若没有电流表，小明想利用一个电压表和一个电阻箱测量小灯泡的额定功率。他选择了满足实验要求的实验器材，并按照图D所示的电路图连接好实物。以下是他设计的实验方案，请将它补充完整：

①闭合开关_____，移动变阻器的滑片P，使电压表示数为2.5V；

②下一步操作是：_____，当电压表示数为2.5V时，读出电阻箱连入电路的阻值R0；

③请写出小灯泡额定功率的表达式是：P＝_____。（使用物理量及己知量）

Answer 1

【答案】 灯丝电阻随温度的升高而变大，不能控制电阻一定 电阻R断路 电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比 30Ω和35Ω S1 保持滑片不动，断开S1，闭合S2，调节电阻箱的阻值

【解析】(1)某实验小组经过相互讨论，完成了该实验方案的三次设计，由图A到图B，改进的理由是：因为灯泡的电阻会随着灯丝的温度而变化，即不能控制电阻不变，而定值电阻阻值不变，所以更适合此实验；

(2)如图C所示的实验中，如果出现了电流表示数为0A，说明电路中出现了断路性故障，电压表示数接近4.5V，说明电压表的两端到电源的两端是通的，所以电路发生的故障是电阻R断路。

(3)分析数据，电流随电压的升高而增大，且电流与电压是成正比的关系，所以结论为：电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比

(4)然后用图C所示的电路“探究电流与电阻关系”，当定值电阻为10Ω时，对应的电流表示数为0.15A，则定值两端的电压为：，则滑动变阻器两端的电压为：；

根据串联电路的分压特点知，电阻两端的电压与电阻成正比，即当保证电阻两端的电压不变时，滑动变阻器接入电路的电阻每次都为定值电阻的二倍，由于滑动变阻器的最大阻值为50Ω，所以接入电路的定值电阻不能超过25Ω，故30Ω、35Ω的两个电阻不能使用；

(5)如图丁电压表可以测量灯的电压，灯与电阻箱并联，可以利用等效的方法测出电流，进而求功率。

将实验步骤补充完整：

①闭合开关S1，移动变阻器的滑片P，使电压表示数为2.5V，即灯泡的额定电压；

②下一步根据等效法测量电流，保证滑动变阻器的滑片不动，断开S1，闭合S2，调整电阻箱，当电压表示数为2.5V时，读出电阻箱连入电路的阻值R0，则此时通过电阻箱的电流与灯的额定电流相等；

③灯的额定电流可表示为：

，

小灯泡额定功率的表达式是：

。