Question

7．图甲是某同学探究电流与电阻的关系的实验电路．已知电源电压恒为4.5V，滑动变阻器规格为“20Ω　1A”，可选择的定值电阻的阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω、30Ω．
（1）该同学根据图甲连接的实物电路如图乙所示，其中有一根导线连接是错误的，请在图乙中将这根导线打上“×”，并补画出正确的连线．

（2）电路连接正确之后，先用5Ω定值电阻进行实验，闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，此时电流表示数如图丙所示，则电路中电流为0.4A．再将5Ω定值电阻换成10Ω定值电阻进行实验，移动滑片直至电压表示数为2V，并记录电流表示数．
（3）该同学还想多测量几组数据，但是他不能选用的定值电阻是20Ω、25Ω和30Ω．
【拓展实验】该同学做完实验后，想测量一只额定电压“3.8V”的小灯泡，在正常发光时的电阻．于是他用小灯泡将定值电阻换下．
（1）闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片P，当电压表示数为3.8V时，小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则灯泡正常发光的电阻是10Ω．
（2）若实验时，上述电路中仅电压表上标有“15V”的接线柱已损坏，且暂无条件修复，在不更换器材的情况下为了能继续完成实验，你的方法是用电压表0～3V量程并联在滑动变阻器两端．

Answer 1

分析 （1）实验过程中，应注意将电压表与电阻并联，变阻器串联在电路中；
（2）确定电流表的量程和分度值，读出电流表的示数；
探究电流与电阻的关系，需保持电阻两端的电压不变，根据U=IR可计算出电阻两端的电压值；
（3）定值电阻的阻值越大，所需变阻器的阻值越大，可根据变阻器的最大阻值计算出可接入的最大阻值．
【拓展实验】（1）灯泡在额定电压下的功率为额定功率；由图示电流表确定其量程与分度值，然后读出其示数；最后由欧姆定律求出灯泡电阻．
（2）根据串联电路的电压规律，可以把电压表与滑动变阻器并联，然后进行实验．

解答 解：（1）由图知，变阻器与电阻并联，且电压表串联在电路中了，应将电压表与电阻并联，可将电阻右侧的导线接在电压表的负接线柱上，如图所示：

（2）由图丙知，电流表的量程为0～0.6A，示数为0.4A；
电阻两端的电压为U=IR=0.4A×5Ω=2V，将5Ω的定值电阻换成10Ω定值电阻进行实验，应保持电阻两端的电压为2V不变，所以应移动滑片直至电压表示数为2V；
（3）由以上分析知，实验中，应保持定值电阻两端的电压为2V不变，变阻器的最大阻值为20Ω，电路中的电流应为I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{4.5V-2V}{20Ω}$=0.125A；
则允许接的最大电阻值为：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.125A}$=16Ω，20Ω、25Ω和30Ω均大于16Ω，所以不可以使用．
【拓展实验】（1）当电压表示数等于灯泡额定电压3.8V时灯泡正常发光；由图乙所示电流表可知，其量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.38A，
灯泡电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω．
（2）电源电压为6V，灯泡正常发光时，滑动变阻器两端电压为6V-3.8V=2.2V＜3V，电压表15V接线柱损坏，电压表可以选择0～3V量程，把电压表并联在滑动变阻器两端．
故答案为：（1）见上图；（2）0.4；2；（3）20Ω、25Ω和30Ω；
【拓展实验】（1）3.8；10；（2）用电压表0～3V量程并联在滑动变阻器两端．

点评 探究电流与电阻的关系的实验中，要注意保持电阻两端的电压不变，本题考查了电路的连接、电流表的读数及定值电阻的选择，（3）是该题的难点，关键要注意电阻的阻值越大，所需变阻器的阻值越大．