Question

2．某实验小组用如图甲所示的电路来做电学实验，选择的器材为：电压恒为4.5V的电源，阻值为5Ω、10Ω、15Ω和未知阻值的定值电阻各一个，“10Ω 1A”
的滑动变阻器一个，学生用电流表（0～0.6A  0～3A）、电压表（0～3V  0～15V）各一只，开关和导线若干．
（1）甲同学正确连接好电路后，分别将5Ω、10Ω、15Ω的电阻替换图甲电路中的R．并通过调节滑动变阻器来控制电阻两端的电压一定时，读取电流表的示数．他这样做是为了探究电流与电阻的关系．若干甲同学选择控制电阻两端的电压为2V不变，当他用10Ω的定值电阻替换了5Ω的定值电阻后，继续进行实验，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数都无法降低到2V，原因是滑动变阻器的最大阻值太小．
（2）乙同学将图甲电路中的R取下，用两只手分别捏着电路A、B两端的导线，想测量自身的电阻大小（约1kΩ左右），结果不成功．原因是电流太小（电压太小）．
（3）丙同学在实验时，用额定电压为“2.5V”的小灯泡L₁替换定值电阻，像测量L₁的额定功率，可是不慎电压表掉在地上摔坏了．老师又给他提供了一个标有“2.5V 1.25W”的小灯泡L₂和两个开关S₁、S₂，让他设计测量方案．他灵机一动，设计了如图乙所示的电路图，同样完成了实验．请你将下列实验过程补充完整：
①闭合开关S、S₂，断开S₁（填S₁、S₂、S₃的通断情况），调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为0.5A；
②闭合开关S、S₁，断开S₂（填S₁、S₂、S₃的通断情况），保持滑动变阻器的滑片位置不变，记录电流表的示数为I；
③小灯泡L₁的额定功率的表达式为P_额=2.5V×（I-0.5A）．

Answer 1

分析 （1）探究电流与电阻关系时，要控制电阻两端的电压不变，改变接入电路中电阻的大小；电路连接无误，就要从滑动变阻器的调节作用或者器材的选取去考虑其调节不到2V的原因．
（2）根据图甲电路中的电压，结合欧姆定律分析即可．
（3）由电路图可知，开关S、S₂闭合，断开S₁时，两灯泡并联后与滑动变阻器串联，电流表测L₂的电流，调节滑动变阻器使通过灯泡L₂的电流等于额定电流时并联部分的电压为2.5V；保持滑片的位置不变，闭合开关S、S₁闭合，断开S₂时，两灯泡扔并联，电流表测干路电流，根据并联电路的电流特点求出通过L₁的电流，根据P=UI求出灯泡L₁额定功率．

解答 解：（1）实验过程中，控制电阻两端的电压不变，改变电阻的大小，读取与该电阻对应的电流值，是探究电流与电阻的关系；
电源电压为4.5V，当定值电阻为10Ω时，要使定值电阻两端的电压保持2V不变，根据串联电路中电压的分配与电阻的关系可知，此时滑动变阻器两端的电压为U=4.5V-2V=2.5V，电路中电流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2V}{10Ω}$=0.2A，滑动变阻器接入电路的阻值最小为：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，而接入的滑动变阻器的最大阻值为10Ω，所以，滑动变阻器的最大值太小．
（2）因为自身的电阻大小（约1kΩ左右），由图甲可知，电源电压为1.5V，由I=$\frac{U}{R}$可知，电流太小，所以结果不成功．
（3）由电路图可知，
①当开关S、S₂闭合，断开S₁时，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}$=$\frac{1.25W}{2.5V}$=0.5A，此时并联部分的电压为2.5V；
②保持滑片的位置不变，闭合开关S、S₁，断开S₂时，两灯泡仍并联，电流表测干路电流I；
③因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，通过L₁的电流：
I₁=I-I₂=I-0.5A，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，L₁额定功率：
P_额=UI₁=2.5V×（I-0.5A）．
故答案为：（1）电阻；滑动变阻器的最大阻值太小；
（2）电流太小（电压太小）；
（3）①闭合开关S、S₂，断开S₁； 0.5；②闭合开关S、S₁，断开S₂；
③2.5V×（I-0.5A）．

点评 本题考查了探究电流与电阻关系的实验和测量小灯泡额定功率的实验，明白图乙电路图的工作原理是关键．