Question

10．小宇和同学们在“探究电流与电阻关系”的实验中，所用的器材有：三节新干电池，“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω”的电阻各一个，滑动变阻器一个，电流表使用0～0.6A的量程，电压表使用0～3V的量程，开关和导线若干．请你和他一起完成下列实验：

（1）小宇选用器材时发现电流表指针如图甲所示，他应该校零；
（2）小宇连成如图乙所示的电路，他刚要闭合开关，同组的小红提醒他，实物连接有一处错误，请在错误的导线上划“×”，并画出正确的连线．
（3）在实验过程中，控制定值电阻两端的电压为2V不变，当小宇用20Ω的定值电阻替换了15Ω的定值电阻后，继续进行实验，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数都无法降低到2V，原因是滑动变阻器的最大阻值太小．
（4）小宇在实验时，用额定电压为“2.5V”的小灯泡L₁替换定值电阻，想测量L₁的额定功率，可是不慎电压表掉在地上摔坏了，老师又给他提供了一个标有“2.5V  1.25W”的小灯泡L₂和两个开关S₁、S₂，让他设计测量方案，他灵机一动，设计了如图丙所示的电路图，同样完成了实验，请你将下列实验过程补充完整；
①开关S、S₂闭合，断开S₁（填S、S₁、S₂的通断情况），调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为0.5A；
②闭合开关S、S₁闭合，断开S₂（填S、S₁、S₂的通断情况），保持滑动变阻器的滑片位置不变，记录电流表的示数为I；   
③小灯泡L₁额定功率的表达式P_额=2.5V×（I-0.5A）．

Answer 1

分析 （1）电流表使用前应先观察指针是否指到0刻度线，否则应校零；
（2）实验中，电压表应与电阻并联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；
（3）根据串联电路中电阻越大分得的电压越大，分析电压表的示数无法降低到2V的原因；
（4）由电路图可知，开关S、S₂闭合，断开S₁时，两灯泡并联后与滑动变阻器串联，电流表测L₂的电流，调节滑动变阻器使通过灯泡L₂的电流等于额定电流时并联部分的电压为2.5V；保持滑片的位置不变，闭合开关S、S₁闭合，断开S₂时，两灯泡扔并联，电流表测干路电流，根据并联电路的电流特点求出通过L₁的电流，根据P=UI求出灯泡L₁额定功率．

解答 解：（1）使用图甲中所示的电流表时应先校零；
（2）由图2可知，电压表没有只测电阻两端的电压，且滑动变阻器连接错误，正确的如下图所示：

（3）因串联电路中，电阻越大分得的电压越大，
所以，电压表的示数无法降低到2V的原因是滑动变阻器的最大阻值太小；
（4）由电路图可知，
①当开关S、S₂闭合，断开S₁时，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}$=$\frac{1.25W}{2.5V}$=0.5A，此时并联部分的电压为2.5V；
②保持滑片的位置不变，闭合开关S、S₁闭合，断开S₂时，两灯泡扔并联，电流表测干路电流I；
③因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，通过L₁的电流：
I₁=I-I₂=I-0.5A，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，L₁额定功率：
P_额=UI₁=2.5V×（I-0.5A）．
故答案为：
（1）校零；
（2）电路图如上图所示；
（3）滑动变阻器的最大阻值太小；
（4）①开关S、S₂闭合，断开S₁；0.5；②闭合开关S、S₁闭合，断开S₂；③2.5V×（I-0.5A）．

点评 本题考查了探究电流与电阻关系的实验和测量小灯泡额定功率的实验，明白图丙电路图的工作原理是关键．