Question

18．某小组同学用图甲的电路图探究欧姆定律，实验中他们所用的定值电阻分别是5Ω、10Ω、20Ω，电源电压为3V不变．

（1）如图甲所示，是小华所连接的不完整实验电路，请你补充完整．
（2）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，发现电压表、电流表均无示数，原因可能是下列中的哪一种：D（只填选项）
A．定值电阻断路   B．电压表断路   C．电流表短路   D．滑动变阻器断路
（3）在探究“导体中的电流跟电阻的关系”时，小华将5Ω的电阻接入电路，电压表如图乙所示．后把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，下一步的操作是：将变阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）移动直至电压表示数为2V． 若要完成整个实验，选择的滑动变阻器的最大阻值至少为10Ω．
（4）上述探究结束后，该组同学选择原来的电源和两只灯泡L₁“2.5V 0.3A”和L₂“3.8V 0.3A”，设计的电路如图丙所示，探究“电功率跟电流、电压的关系”．
①此实验设计是为了探究电功率与电压的关系，通过灯泡亮度判断来电功率的大小．
②为了探究电功率与电流的关系，小明认为，利用图丙电路只要通过移动滑动变阻器，改变电流观察灯L₁或L₂亮度的变化，即可得出结论．请说出小明同学的方案是否合理？并说出你的理由．不合理，没有控制电压相同．
（5）某小组想测量小灯泡的额定功率，设计了下列两个电路图，图中的电源电压U保持不变，小灯泡的额定电压为U₀，且U＞U₀，定值电阻的阻值为R．则丁图是不正确（选填“正确”或“不正确”）的，戊图的错误是电压表正负接线柱反了，请你用戊图中提供的器材重新设计电路，将设计的电路图画在戌图方框中．

Answer 1

分析 （1）把电流表、电阻串联接入电路，完成电路连接；
（2）根据电路故障现象分析电路故障原因；
（3）探究电流与电阻的关系应控制电阻两端电压不变，应用串联电路特点与欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的最大阻值，然后选择滑动变阻器．
（4）灯泡亮度由灯泡实际功率决定，灯泡实际功率越大，灯泡越亮；探究功率与电流的关系，应控制电压相等而电流不同；
（5）小灯泡的额定功率等于额定电压和额定电流的乘积，小灯泡的额定电压U0已知，关键是测出额定电流．可以不考虑S₁和滑动变电阻的作用，假设都是闭合状态，分别分析每个电路的开关及电流表和电压表的关系，看哪一个电路图能测量出灯泡的额定电流．

解答 解：（1）把电流表与电阻串联接入电路，实物电路图如图所示：

（2）如果滑动变阻器断路，灯泡不亮，电流表与电压表都没有示数；
（3）电压表量程为0～3V，由图示电压表可知，其分度值为0.1V，示数为2V；
在探究“导体中的电流跟电阻的关系”时，应控制电阻两端电压不变，把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，定值电阻两端电压变大，为保持电阻两端电压不变，应增大滑动变阻器分压应将变阻器的滑片P向右移动直至电压表示数为2V为止． 电源电压为3V，定值电阻两端电压为2V，则滑动变阻器两端电压为3V-2V=1V，串联电路电流相等，电阻两端电压与电阻阻值成正比，电阻两端电压是滑动变阻器两端电压的2倍，电阻阻值是滑动变阻器接入电路阻值的2倍，电阻最大阻值为20Ω，要完成整个实验，滑动变阻器接入电路的最大阻值为10Ω，要完成实验，选择的滑动变阻器的最大阻值至少为10Ω．
（4）上述探究结束后，该组同学选择原来的电源和两只灯泡L₁“2.5V 0.3A”和L₂“3.8V 0.3A”，设计的电路如图丙所示，探究“电功率跟电流、电压的关系”．
①灯泡亮度由灯泡实际功率决定，灯泡实际功率越大，灯泡越亮，可以根据灯泡的亮暗比较灯泡电功率的大小．
②探究电功率与电流的关系，应控制灯泡两端电压相等而电流不同，利用图丙电路只要通过移动滑动变阻器，改变电流观察灯L₁或L₂亮度的变化时，电压与电流同时在改变，未控制电压一定，小明的方案不合理．
（5）不论怎样闭合、断开各开关，都不能确定灯泡是否正常发光，故不能测出灯泡的额定功率；测出灯泡两端的电压，S₂闭合S₃断开时，电流表把灯泡短路，灯泡不发光；S₂断开S₃闭合时，电流表把电阻短路；两个都闭合或断开时，电流表均无示数，故丁图不能测出灯泡的额定功率；戊图中闭合开关S₂，电压表上端为正接线柱，下端为负接线柱；只闭合开关S₃，电压表上端为负接线柱，下端为正接线柱，又不能更改电路，所以其中有一次电压表接线柱一定接反，不能读出电压表示数；修改后的图示如下：

故答案为：
（1）见上图；（2）D；（3）右；2；10；（4）灯泡亮度；不合理，没有控制电压相同；
（5）不正确；电压表正负接线柱反了；见上图．

点评 本题考查了连接实物电路图、电路故障分析、电流表读数、实验现象分析、实验电路分析等问题，连接电路图时注意电表量程的选择；（5）考查了测灯泡额定功率问题，分析电路图，判断能不能测出灯泡正常发光时流过它的电流是解题的关键；分析开关闭合与断开时电路的连接情况，综合性较强，很容易出错．