Question

【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

物理量 实验次数	电阻R（Ω）	电流I （A）
1	5	0.4
2	10	0.2
3	20

（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，多写少写都不给分）

（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图象（如图乙）．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）如图丙，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=________．

Answer 1

【答案】 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

【解析】

开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处；研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，根据欧姆定律，由表中数据得出不变的电压，根据串联电路的规律和欧姆定律求出变阻器连入电路的阻值，再根据电阻的串联和欧姆定律求出电流大小；根据分压原理，当变阻器连入电路中的电阻最大时，可得定值电阻的最大值，据此分析；若电流表指针几乎不动，灯不亮，说明电路可能断路；电压表有示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则与电压表并联的灯泡断路了；根据P＝I2R，要测灯的额定功率，测灯正常工作时的电阻是关键，先使灯正常发光，再利用等效替代法，将灯的电阻转化为测量R1的电阻，根据欧姆定律，据此确定操作步骤．

(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,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示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＝I21R灯＝I21.