Question

15．在探究“通过定值电阻的电流与其两端电压关系”的实验过程中，小辉连接了如图1所 示的部分实验电路．其中电源为三节新干电池，定值电阻R为10Ω．

（1）请你在图1中，用笔画线代替导线把图中的电路连接完整，并在图2虚线框内画出相应的电路图（要求：连接实物图时，滑动变阻器的滑片向右滑动电压表示数变小）；
（2）连接电路时，电路中各元件良好，某实验小组的同学在连接好最后一根线后，发现电流表、电压表指针均发生偏转，且示数较大，其原因可能是
①连接电路时开关未断开；②滑动变阻器的滑片没有滑到阻值最大处；
（3）实验中，小辉需要按计划测量定值电阻R两端电压分别为1V、2V和3V时所对应的电流值，他选择的滑动变阻器的最大阻值应不小于35Ω；
（4）经过实验，最后小辉画出了 I与U的关系图象，如图3所示．由图象可以得出的结论是：电阻不变时，通过导体的电流与其两端电压成正比．
（5）实验中小辉还想用这个电路测量小灯泡的额定功率，于是他将电阻R换成一只额定电压是 2.5V的小灯泡，闭合开关S后，调节滑动变阻器，当电压表的示数为2.5V时，电流表示数如图4所示，电流大小为0.3A，则小灯泡的额定电功率为0.75W．

Answer 1

分析 （1）根据电路图连接实物图，连接滑动变阻器时，要“一上一下”的原则，当滑动变阻器的滑片向右移动时电压表示数变小说明接入电路的电阻变小，即左下方接线柱必须接入电路中．采用“电流流向法”画出电路图；
（2）为保护电路，在闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处；根据实验现象与实验注意事项分析答题．
（3）滑动变阻器与电阻R₁串联，电源电压一定，由串联电路特点知，滑动变阻器电压越大，电阻两端电压越小，电压表示数越小；使R两端电压达到1V时滑动变阻器连入电路的阻值最大，由欧姆定律及串联电路特点求出滑动变阻器全部接入电路时滑动变阻器最大阻值．
（4）根据表中实验数据得出实验结论．
（5）由图示电流表读出其示数，然后由P=UI求出灯泡功率．

解答 解：（1）电压表并联在定值电阻的两端，由于滑动变阻器的滑片向右移动时电压表示数变小，根据I=$\frac{U}{R}$可知电路中的电流变小，则说明接入电路的电阻变大，即左下方接线柱必须接入电路中．如图：

采用“电流流向法”，电路图如下：

（2）连接好最后一根导线后，发现电流表指针立即发生偏转，且示数较大，说明电路是通路，且电路中的电流比较大，若电路中的各元件良好，且连线正确，则操作不当之处：①连接电路时没有断开开关；②滑动变阻器的滑片没有置于阻值最大处；
（3）由题意知，电源为三节新干电池则电源电压为1.5V×3=4.5V，定值电阻R两端电压为1V时滑动变阻器的最大阻值，则此时电路中的电流为I=$\frac{{U}_{1}}{R}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，
根据串联电路的总电压等于各电阻两端的电压之和可得：
U_滑=U-U₁=4.5V-1V=3.5V，
则由I=$\frac{U}{R}$得：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω；
（4）由图象可知：I-U图象是一条正比例函数图象，所以可以得结论是：电阻不变时，通过导体的电流与其两端电压成正比；
（5）由图示电流表可知，其量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.3A，
灯泡额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
故答案为：（（1）如上图； （2）①连接电路时开关未断开； ②滑动变阻器的滑片没有滑到阻值最大处；
（3）35；（4）电阻不变时，通过导体的电流与其两端电压成正比；（5）0.3； 0.75．

点评 本题是一道电学综合实验题，涉及的知识点较多，是实验的常考问题，一定要掌握；本实验应用控制变量法，探究电流与电压关系实验，要保持电阻阻值不变，这是解题的关键．