Question

19．小明利用如图甲所示的电路，探究“保持电阻不变时，电流跟电压的关系”．

实验器材：电源（电压恒为4.5V），电流表、电压表各一只，一个开关，一个定值电阻，一只滑动变阻器，导线若干．
（1）小明在闭合开关S后，发现电压表指针反向偏转，出现这种现象的原因是电压表正负接线柱接反了；同时发现电流表没有示数，可能的原因是R断路．
（2）小明通过实验得到多组实验数据，由这些数据画出如图丙所示的图象，由图象可得结论：保持电阻不变时，电流与电压成正比．
（3）若电流表损坏，请你利用余下实验器材，测量一个额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率（灯丝的电阻会随温度变化），并把如下的实验步骤补充完整．
①在原实验电路中，断开开关S，拆去电流表，用小灯泡替换定值电阻，重新连接好电路，并移动滑片P至B（选填“A”或“B”）端；
②闭合开关S，移动滑片P，直至电压表的示数为2.5 V时，小灯泡正常发光；
③保持滑动变阻器滑片位置不变，断开开关，用定值电阻替换小灯泡，闭合开关，记录下此时电压表的读数U；
④小灯泡的额定功率的表达式P_额=“$\frac{1W×U}{4.5V-U}$”（用数据和测量的物理量符号表示）．

Answer 1

分析 （1）电表正负接线柱不要接反，否则指针将反向偏转；根据电流表无示数可能电路出现断路，再根据电压表有示数确定故障的原因；
（2）分析图丙的图象，然后得出电阻一定时，电流与电压关系的结论；
（3）根据题意完成实验步骤，用定值电阻替代灯泡，然后应用串联电路特点、欧姆定律计算滑动变阻器此时连入的阻值，再根据电功率公式分析答题．

解答 解：
（1）闭合开关S后，电压表指针反向偏转，这是由于电压表正负接线柱接反了造成的；
根据电流表无示数可能电路出现断路，而电压表有示数，说明电压表两接线柱到电源间是通路，由此说明故障可能是定值电阻R断路造成的．
（2）由图丙所示图象可知，U-I图象是一条倾斜的直线，电压U与电流I成正比，由此可得：在电压一定时，电流与电压成正比．
（3））①断开开关S，拆去电流表，用小灯泡替换定值电阻，重新连接好电路，并移动滑片P至最大值B端；
②闭合开关S，移动滑片P，直至电压表的示数为灯泡额定电压2.5V时，小灯泡正常发光；
③保持滑片P的位置不变，断开开关，用定值电阻替换小灯泡，闭合开关，读出电压表的示数U；
④由图丙所示图象可知，当定值电阻两端电压为2V时，通过的电流为0.4A，所以定值定值阻值：R=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω，
则定值电阻替代灯泡后，电路中电流I=$\frac{U}{5Ω}$，
滑动变阻器接入电路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-U}{\frac{U}{5Ω}}$，
灯泡正常发光时电流中电流：I_额=I_滑=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{\frac{4.5V-U}{\frac{U}{5Ω}}}$=$\frac{2V×U}{（4.5V-U）×5Ω}$，
小灯泡的额定功率的表达式P_额=U_LI=2.5V×$\frac{2V×U}{（4.5V-U）×5Ω}$=$\frac{1W×U}{4.5V-U}$．
故答案为：（1）电压表正负接线柱接反了；R断路；
（2）电流与电压成正比；
（3）①B；②2.5；③定值电阻；④$\frac{1W×U}{4.5V-U}$．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验注意事项、实验数据处理等，连接电路时，电表正负接线柱不要接反，否则电表指针将反向偏转．难点是第（3）问，要能根据串联电路特点，灵活运用欧姆定律计算出灯泡正常发光的电流是关键．