Question

4．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2 V． 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，通过观察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．小明的方案不可行（选填“可行”或“不可行”）．

Answer 1

分析 （1）求出电路中的最大电流确定电流表的量程，把电流表、电阻串联接入电路，完成电路连接；
（2）对每个选项分析，符合题意的即为正确答案；
（3）根据电压表小量程读数；当换上较大的电阻时，根据分压原理，电压表示数变大，在探究“导体中的电流跟电阻的关系”时，应保持电压表的示数不变，根据串联电路电流规律和分压原理确定滑片移动的方向；根据串联电路电压的规律和分压原理确定滑动变阻器的最大阻值至少为多少；
（4）①探究电功率与电压的关系，应控制电流大小不变，所以采用串联电路，灯的亮度取决于灯的实际功率，灯泡实际功率越大，灯泡越亮；
②探究功率与电流的关系，应控制电压相等而电流不同，据此作答．

解答 解：（1）因电源电压为3V，电路中的最大电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，所以电流表选用小量程，与电阻串联接入电路，实物图连接如下图所示：

（2）A选项，定值电阻断路，电压表通过变阻器、电流表与电源两极连通，电压表有示数，与题意不符，A选项错误；
B选项，电压表断路，电压表无示数；但定值电阻与电流表、变阻器连通，移动滑动变阻器的滑片P，当变阻器连入电路中的电阻较小时，电流表有较大的示数，与题意不符，B选项错误；
C选项，电流表短路，电流表示数为0，在移动变阻器的滑片P的过程中，电压表的示数发生变化，与题意不符，C选项错误；
D选项，滑动变阻器断路，将导致整个电路断路，两表均无示数，符合题意，A选项正确．
答案选D；
（3）图乙电压表小量程分度值为0.1V，示数为2V；当把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，根据分压原理，电压表示数增大，定值电阻的电压大于2V，要保持电压表示数不变，应减小定值电阻的电压，增大变阻器分得的电压，根据分压原理，应增大变阻器连入电路中的电阻大小，所以，滑片P向右移动，直至电压表示数为2V；
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，变阻器的电压为定值定值电压的$\frac{1V}{2V}=\frac{1}{2}$，根据分压原理，变阻器的阻值为定值电阻的$\frac{1}{2}$倍，电阻最大阻值为20Ω，选择的滑动变阻器的最大阻值至少为$\frac{1}{2}$×20Ω=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，利用图丙电路，通过移动滑动变阻器的滑片，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，小明的方案不可行．
故答案为：（1）电路图如上图所示；
（2）D；
（3）右；2；10；
（4）①灯泡亮度； ②不可行．

点评 本题涉及探究欧姆定律和探究电功率与电压、电流的关系两个实验，考查电路的连接、故障的分析、操作过程、控制变量的运用及对实验方案的评估能力，综合性较强，有一定难度．