Question

20．滑县某中学“阳明”兴趣小组在学习完电学以后，想对定值电阻中的电流跟两端电压的关系和小灯泡中的电流跟两端电压的关系进行进行再次研究与对比，达到温故而知新的学习效果．该小组同学利用图甲所示电路，进行如下的实验探究．
一、定值电阻中的电流跟两端电压的关系．
二、额定电压已经模糊、额定功率为1W的小灯泡中的电流跟两端电压的关系．

次数 物理量	1	2	3
U/V	2.0	4.0	5.0
I/A	0.20	0.38	0.50

（1）闭合S₁、断开S₂，滑动变阻器在此电路中除保护电路外，还有改变定值电阻两端的电压和电路中的电流的作用；移动滑动变阻器的滑片，电流表的示数较小且不变，原因是滑动变阻器连成了定值电阻，阻值最大，排除故障后进行实验，得到右上表格中的三组数据，通过数据分析，可归纳出的结论是电阻一定时，电阻中的电流跟电阻两端的电压成正比；由表格中的数据可知电阻R=10.2Ω（结果保留一位小数）．
（2）断开S₁、闭合S₂，移动滑动变阻器的滑片进行有关测量，根据记录到的灯泡L的电压和电流的数据，绘制成电压和电流的关系图象（如图乙），小灯泡的额定电压为2.5V，根据图象，当电压表示数为2.5V时，50s时间内，灯泡L消耗的电能是50J．对比定值电阻和灯泡的电阻，小灯泡的电阻变化的原因是灯丝的电阻受温度的影响．

Answer 1

分析 （1）要掌握滑动变阻器的作用，研究电流与电压的关系时，需要改变电压值，所以滑动变阻器的作用除了保护电路外，更重要的是改变电阻两端的电压和电路中的电流．
掌握滑动变阻器的连接方法，需接“一上一下”，若同时接上面两个接线柱，则造成短路；若同时接下面两个接线柱，则相当于接入定值电阻．
分析电压值和电流值的变化情况，从而得出电压随电流的变化关系．
（2）要掌握功率的计算公式P=UI，找出当功率是1W时的电压值．
确定电压是2.5时的电流值，后根据W=UIt计算灯泡消耗的电能．
知道灯丝的电阻随温度的升高而增大．

解答 解：（1）闭合S₁、断开S₂，电阻R与滑动变阻器串联在电路中．此实验是研究定值电阻中的电流与两端电压的关系，所以滑动变阻器在此实验中除了起到保护电路之外，还有改变电阻两端的电压和电路中的电流的作用．
滑动变阻器若连接下面两个接线柱，则此时滑动变阻器接入电路中的电阻为其最大阻值，同时相当于一个定值电阻．
从表格中数据可以看出，电阻两端的电压增大为原来的几倍，通过电阻的电流也跟着增大为原来的几倍，所以可以看出电阻一定时，导体中的电流与其两端的电压成正比．
通过表格中数据分别计算三次测得的电阻值．R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω；R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{4V}{0.38A}$≈10.5Ω；R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{5V}{0.5A}$=10Ω
所以电阻的阻值为：R=$\frac{{R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}}{3}$=$\frac{10Ω+10.5Ω+10Ω}{3}$≈10.2Ω．
故答案为：（2）断开S₁、闭合S₂，此时灯泡与滑动变阻器串联在电路中．根据已知条件小灯泡的额定功率为1W，由图象知，当灯泡两端的电压为2.5V时，通过灯泡的电流为0.4A，根据P=UI，此时灯泡的功率为1W．所以灯泡的额定电压为2.5V．
当灯泡两端的电压为2.5V时，小灯泡的功率为额定功率即1W，所以50s内灯泡消耗的电能是W=Pt=1W×50s=50J．
从图象可以看出，灯丝的电阻随两端电压的增高而增大，而定值电阻的阻值几乎不随电压的变化而变化．灯丝发光时温度很高，所以会造成灯丝温度的变化，从而影响灯丝的电阻．
故答案为：（1）改变定值电阻两端的电压和电路中的电流；滑动变阻器连成了定值电阻，阻值最大；电阻一定时，电阻中的电流跟电阻两端的电压成正比；10.2；（2）2.5；50；灯丝的电阻受温度的影响．

点评 此题通过开关的断开和闭合分别考查了电流与电压的关系以及有关电能和功率的计算．解决此题的关键是会分析数据和图象，能够从表格的数据和图象中得到有关信息，从而进行有关计算．