Question

17．小明用一个电压表（0-3V，0-15V）、一个电流表（0-0.6A，0-3A）、一个开关、一个滑动变阻器（10Ω 1A）、三个定值电阻（10Ω、20Ω、30Ω）、一个恒定电源，要测量小灯泡L（额定电压为3.8V，阻值约为5Ω）的额定功率．

实验次数	电压表/V	电流表/A	灯泡亮度
1	0.5	0.2	灯丝发红
2	2.0	0.5	发光较暗
3	3.8		正常发光

（1）请你用笔画线代替导线，将电路图连接完整，如图1所示．
（2）闭合开关前，需要将滑动变阻器的滑片移至最右端（填“左”或“右”）．
（3）电路连接正确后，闭合开关，记录的部分实验数据现象如表所示，当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图2所示，则小灯泡的额定功率为3.04W．
（4）分析表中的实验数据，小灯泡电阻的变化情况是灯丝的电阻随着温度的升高而增大．
【拓展】
（5）小明还设计了探究“电流和电压、电阻的关系”实验，请你帮他画出设计的电路图，小明将原电路中的灯泡改接了定值电阻，连接好电路后，闭合开关，调节滑动变阻器测出几组电压和电流值，根据表格中的数据，你能得出的结论是电阻一定时，通过导体的电流与它两端的电压成正比．
（6）为了探究电流和电阻的关系，小明依次换用了10Ω、20Ω、30Ω三个定值电阻完成三次实验，为了控制定值电阻两端的电压一定，应滑动变阻器的滑片，使其连入电路的阻值不断增大（选填“增大”或“减小”）

实验次数	电压表/V	电流表/A
1	5.6	0.28
2	6.0	0.3
3	6.4	0.32

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压和电阻算出电流，确定电流表的量程；
（2）连接电路时，闭合开关前，变阻器的滑片应移至最大阻值处；
（3）根据电流表的量程和分度值，读出电流值，根据P=UI计算额定功率；
（4）分析表中数据计算电阻值大小，发现小灯泡的电阻是变化的，原因就是电阻随着温度的变化而变化；
（5）分析表格中电流的变化倍数和电压的变化倍数之间的关系，利用控制变量法得出实验结论；
（6）先分析电路中总电阻的变化，再分析电路中电流的改变以及滑动变阻器两端电压的变化，然后根据串联电路的特点确定电压表示数的变化；根据串联电路起分压作用进行分析滑动变阻器接入电路中阻值的变化，进一步判断滑片移动的方向．

解答 解：（1）根据I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{5Ω}$=0.76A，故电流表量程为0～3A，故电路连接如图所示：

（2）闭合开关前，变阻器的滑片应移至最大阻值处；图1中，由于滑动变阻器接了下面左边的接线柱，所以在闭合开关前，变阻器的滑片P应移至最右边；
（3）由图可知，电流表选择的量程是0～3A，其分度值为0.1A，由指针所指位置可知I=0.8A；
小灯泡的额定功率为：P=UI=3.8V×0.8A=3.04W；
（4）由欧姆定律可得，3次实验中灯泡的电阻分别为：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{0.5V}{0.2A}$=2.5Ω；R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{3.8V}{0.8A}$=4.75Ω；
根据计算结果可知：随着灯泡电压的增大，电流增大，功率增大，灯泡变亮，温度升高，灯泡的电阻增大，故得到灯泡的电阻随着温度的升高而增大；
（5）探究“电流和电压、电阻的关系”实验的电路图，如图所示：

分析表格中数据可知，通过电阻的电流变化倍数等于两端电压变化的倍数，故可得结论：电阻一定时，电流与电压成正比；
（6）在探究“电流与电阻关系”的实验过程中，运用控制变量法，保持定值电阻两端的电压一定；由于电源电压不变，则滑动变阻器两端的电压也是一定的；
当依次用10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻时（定值电阻阻值逐渐增大），根据串联分压原理有$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}=\frac{{U}_{滑}}{{U}_{定}}$，所以，要想保持电阻两端电压不变，应使变阻器连入电路的阻值增大．
故答案为：（1）如上图所示；（2）右；（3）3.04；（4）灯丝的电阻随着温度的升高而增大；
（5）如上图所示；电阻一定时，通过导体的电流与它两端的电压成正比；（6）增大．

点评 此题是“测定一个小灯泡的功率”的实验，考查了电路的连接、注意事项、功率的计算、滑动变阻器的使用及阻值大小对电路的影响．