Question

12．在期末复习时，小明同学利用阻值不同的四个电阻、电压为6V的电源、滑动变阻器R（标有“50Ω  1A”）及其它器材做电学实验，如图．

（1）如图甲是小明“探究电流与电阻关系”时连接的部分实验电路．
①将5Ω电阻接入电路，请用笔画线代替导线，将实验电路连接完整，要求滑动变阻器的滑片P向右滑电流表示数变大；
②闭合开关，移动滑片P，使电压表的示数为2.5V时读出对应的电流值并记录；
③断开开关，用10Ω的电阻替换5Ω的电阻，此时如果他马上闭合开关，会造成电压表损坏，正确的操作应该是先调节滑动变阻器的滑片P处于最大阻值处，再闭合开关，移动滑片P使电压表的示数仍为2.5V；
④按正确操作完成余下实验后，得到电流与电阻关系图象如图乙所示，由此可得到的结论是：电压一定，电流与电阻成反比．
（2）小丽同学把图甲中的定值电阻换成额定电压为2.5V的灯泡，测量它的额定功率．
①闭合开关后，发现灯泡不亮，电流表和电压表都没有示数，原因可能是滑动变阻器断路；
②排除故障后，将滑动变阻器R的滑片移到某一位置时电压表示数为2.2V，要测小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器连入电路的阻值变小（选填“大”或“小”），当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为0.75W．
（3）小华同学实验时发现桌上没有电流表，却多了一个滑动变阻器R₀（最大阻值用R₀表示），他设计如图丁所示电路，测出了额定电压为U₀=2.5V的灯泡的额定功率，请补全下列步骤．
①闭合开关，先调节滑动变阻器R₀（选填“R₀”或“R”）的滑片到最左端（选填“左”或“右”），再调节另一滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V时为止．
②接着调节变阻器R₀的滑片到最右端，读出这时电压表的示数为U；
③小灯泡的额定功率表达式P=U₀ ×$\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$．（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）①根据滑动变阻器的滑片P向右滑时电流表示数变大将变阻器连入电路中；
③根据串联电路规律和欧姆定律先求出变阻器连入电路中的阻值大小，再求出更换大电阻后电压表的示数分析作答；在上面分析的基础上，为保护电压表的安全，应使变阻器连入电路中的电阻最大；
④根据图乙图象性质得出结论；
（2）①电流表、电压表均无示数，说明电路断路；
②比较电压表示示数与额定电压的大小，根据串联电路电压的规律和分压原理确定滑片移动的方向；
根据图丙电流表小量程读数，根据P=UI求灯的额定功率；
（3）因要测灯的额定功率，所以，首先应使灯正常发光，故R₀的滑片应位于左端，使电压表测灯泡两端的电压，调节滑动变阻器R使电压表的示数为2.5V；然后保持R接入电路中的电阻不变，调节R₀的滑片使其接入电路中的电阻最大，电压表测灯泡和R₀两端的电压之和，因各用电器的电压不变，灯仍正常发光，根据串联电路的电压特点求出R₀两端的电压，根据欧姆定律求出电路中的电流，根据P=U₀I_L求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）①将变阻器串联在电路中，滑片向右移动时电流表的示数变大，变阻器的阻值应该变小，所以将变阻器滑片以右的电阻丝连入电路中，如下图所示：

③在第1次实验中，电路中的电流大小I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}=\frac{2.5V}{5Ω}$=0.5A，
变阻器分得的电压U_滑1=6V-2.5V=3.5V，
变阻器连入电路中的电阻大小R_滑1=$\frac{{U}_{滑1}}{{I}_{1}}=\frac{3.5V}{0.5A}$=7Ω；
当换成10Ω的电阻时，电路中电流的大小I₂=$\frac{U}{{R}_{滑1}{+R}_{2}}=\frac{6V}{7Ω+10Ω}$=0.353A，
此时定值电阻的电压：U₂=I₂×R₂=0.353A×10Ω=3.53V＞3V，所以将烧坏电压表；
因此正确的操作应是：在闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片P处于变阻器最大阻值处后，再闭合开关，移动滑片P使电压表的示数仍为2.5V；
④图乙为关于电流、电阻的反比例函数图象，所以得出的结论是，在电压一定时，电流与电阻成反比；
（2）①闭合开关后灯泡不亮，电流表和电压表都没示数，则说明电路有断路处，可能是滑动变阻器断路；
电压表示数为2.2V，小于灯的额定电压2.5V，因灯在额定电压才能正常发光，所以应增大灯的电压，减小变阻器的电压，根据串联分压原理可知，应将滑动变阻器连入电路中的阻值变小；
②由图丙知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.3A，
则灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（3）由图丁可知，灯泡L、变阻器R₀、变阻器R三者串联，由于电压表的内阻很大，可看作开路，所以变阻器R₀始终以最大阻值R₀接入电路；如果变阻器R的滑片不动时，则电路中的电流是不发生变化的；而电压表测量的是灯泡与变阻器R₀滑片左侧电阻丝串联的总电压．
①闭合开关，先调节滑动变阻器R₀的滑片到最左端，此时电压表只测灯泡的电压，再调节另一滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V时为止（即达到灯泡的额定电压U₀），此时灯泡正常发光；
②保持变阻器R的滑片不动，接着调节变阻器R₀的滑片到最右端，此时电压表测灯泡与变阻器R₀串联的总电压，读出这时电压表的示数为U；
③灯泡正常发光后，由于保持变阻器R的滑片不动，则电路中电流不变、灯泡两端的电压保持不变，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
当变阻器R₀的滑片到最右端时，R₀两端的电压U_R0=U-U₀，通过的电流：I=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}=\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$，
串联电路中各处的电流相等，即灯正常发光时的电流：I_L=$\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$，
小灯泡的额定功率：P=U₀I_L=U₀ ×$\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）①见上图所示；③电压；调节滑动变阻器的滑片P处于最大阻值处；④电流与电阻成反比；
（2）①断路；②小；0.75；
（3）①R₀；左；电压表示数为2.5V；②调节变阻器R₀的滑片到最右端；③U₀ ×$\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{0}}$．

点评 本题探究电流与电阻关系，考查电路的连接、操作注意事项、根据图象得出结论的能力、故障的分析、实验操作的过程及在没有电流表情况下，设计方案测量灯的额定功率的能力，综合性强，有一定难度．