题目内容

15．小亮利用以下器材：电源（电压恒为6V）、滑动变阻器、开关各一个，电压表、电流表各一只，三个定值电阻R1、R2、R3，大小分别为10Ω、15Ω、20Ω，导线若干，来探究“电流与电阻的关系”．
（1）图甲是小明连接的实物电路，图中有一根导线连接错误，请你在连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．
（2）电路连接正确后，闭合开关后，移动滑片，使与电阻（20Ω）并联的电压表示数为4V，读出电流表示数，再分别改接15Ω、10Ω的电阻，重复上述实验，收集的实验数据如表所示．老师告诉小明有一组数据误差较大，便找来一个5Ω的电阻让他再测一组数据．当他把5Ω的电阻接入电路时，要使电压表示数仍为4V，实验不能继续进行，其原因超过了电流表所选的量程．改变连接后，当电压表示数仍为4V时，电流表示数为0.8A（如图乙所示）．综合分析数据可得：电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比．

电压U/V4
电阻R/Ω201510
电流I/A0.200.280.40
（3）完成上述实验后，小亮还想测定一个U额=2.5V的小灯泡的额定功率，他发现电流表已坏，于是向老师要了一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的电路，测出了小灯泡的额定功率．请帮他完成实验步骤：
①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2，移动滑片，使电压表示为2.5V．
②保持滑片的位置不动，S2接1，读出电压表示数为U．
③小灯泡的额定功率表达式P额=U额×$\frac{U-{U}_{额}}{{R}_{0}}$．（用物理符号表示）

分析 （1）伏安法测功率的实验中，电压表与灯泡并联测灯泡电压，电流表与灯泡串联测灯泡电流．在实物连接图中找到错误之处：主要分析电压表、电流表、滑动变阻器的正确使用，从电压表和电流表的正负接线柱、量程、连接方式，滑动变阻器的接线柱和连入方式上逐条分析．
（2）电路中分别接入20Ω、15Ω、10Ω的电阻，实验能够正常进行，说明电路是正常的，改接5Ω电阻后，电路不能正常进行，是由于超过了电流表所选的量程；
先确定电流表选择的量程和最小分度值，再读出电流表的示数；综合数据分析可知，电压一定时，导体中的电流和导体的电阻成反比；
（3）由丙图可知，没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于3.8V，然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯炮的额定功率．

解答 解：（1）由题目中的电流表表盘知，电流表选择0～0.6A量程，电流表与电阻串联，电源电压为6V，电压表选择0～15V量程，电压表与电阻并联，滑动变阻器选择一上一下接线柱，串联在电路中．由图可知，电阻R被短路，没有接入电路中，正确的电路图为：
；
（2）若再接入5Ω的电阻时，实验不能正常进行，是由于超过了电流表所选的量程；
电阻两端的电压为4V，根据I=$\frac{U}{R}$，电流表选择0～3A量程，所以示数为0.8A；
综合数据分析可知，电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比；
（3）①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为2.5V；
②保持滑动变阻器滑片位置不变，S2接1，读出电压表示数U，电压表测量灯泡和R0的总电压；③此时定值电阻R0两端的电压：U0=U-U额=U-3.8V，
通过灯泡的电流：I额=I0=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，
则小灯泡额定功率：P额=U额I额=U额×$\frac{U-{U}_{额}}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）如图；（2）超过了电流表所选的量程；0.8；导体中的电流跟导体的电阻成反比；（3）①闭合开关S1，将开关S2拨到触点2；2.5；②S2接1；③U额×$\frac{U-{U}_{额}}{{R}_{0}}$．

点评 本题考查了电路连接、电表读数、求灯泡功率、实验设计等，最后一问的实验设计是本题的难点，知道实验原理、应用串联电路特点与欧姆定律即可正确解题．

练习册系列答案
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  （1）有关他们的说法，你认为：两者都正确（选填“A正确”、“B正确”、“两者都正确”）．
 （2）小药瓶中的空气体积为什么会变化昵？C同学认为是挤压可乐瓶后，增大了瓶子内水的压强． 使小药瓶子中空气溶解到水中造成的，你还能提出另一种猜想吗？你的猜想是可乐瓶内的气压增加，小药瓶内的气体被压缩，体积减小．
（3）如果假设瓶中空气不会溶解在水中，药瓶质量和瓶中空气质量分别为m1、m2，并保持不变，药瓶玻璃部分体积不计，沉到可乐瓶底位置时，瓶内空气体积减小了五分之二，则药瓶对可乐瓶底的压力是$\frac{2}{5}$（m1+m2）g；．
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