Question

5．一学习小组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．

（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滑动变阻器滑片移到阻值最大处，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，通过导体的电流与导体的电阻成反比．
（2）玉琦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）张阳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（最大阻值已知用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U₀时为止；
 ②接着将滑动变阻器R₀的滑片移到最右端，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=$\frac{{U}_{0}（U-{U}_{O}）}{{R}_{0}}$（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）①滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，滑动变阻器的滑片P向右滑电流表示数变大，说明接入电路中的电阻变小，即右下方接线柱必须接入电路中；
③用10Ω的电阻替换5Ω的电阻时电路中的总电阻变大，根据欧姆定律可知电路中的电流变化和滑动变阻器两端的电压变化，根据串联电路的电压特点可知电压表示数的变化，据此判断损坏的电表；正确的做法是闭合开关前应把滑动变阻器调到最大阻值处；
④由图象可知，通过导体的电流与电阻成反比例函数，根据控制变量法得出结论；
（2）①发现灯泡不亮，电流表和电压表都没有示数，说明电路断路；
②额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，要增大灯泡两端的电压应增大电路中的电流，减小滑动变阻器接入电路中的电阻；根据电流表的量程和分度值读出示数，利用P=UI求出灯泡的额定功率；
（3）由电路图可知，R₀的滑片位于左端时，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，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=UI求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）①滑动变阻器的右下方接线柱与开关右侧接线柱相连，如下图所示：

③用10Ω的电阻替换5Ω的电阻时电路中的总电阻变大，
由I=$\frac{U}{R}$可知，电路中的电流变小，滑动变阻器两端的电压变小，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，定值电阻两端的电压变大，即电压表的示数变大，
综上可知，电流表不可能烧坏，烧坏的是电压表；
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由图象可知，通过导体的电流与电阻成反比例函数，
故可得结论：通过导体的电压一定时，电流与电阻成反比；
（2）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要测小灯泡的额定功率，应使电压表的示数由2.2V增加到2.5V，
滑动变阻器应减小接入电路中的电阻，增大电路中的电流；
由图丙可知，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）实验步骤：
①闭合开关，先调节滑动变阻器R₀的滑片到最左端，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因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，R₀两端的电压U_R0=U-U₀，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流I=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-{U}_{0}}{{R}_{0}}$，
小灯光的额定功率P=U₀I=$\frac{{U}_{0}（U-{U}_{0}）}{{R}_{0}}$．
故答案为：
（1）见上图；电压；滑动变阻器滑片移到阻值最大处；通过导体的电流与导体的电阻成反比；
（2）断路；小；0.75；
（3）R₀；左；电压表示数为2.5V；将滑动变阻器R₀的滑片移到最右端；$\frac{{U}_{0}（U-{U}_{O}）}{{R}_{0}}$．

点评 本题综合考查了探究电流与电阻关系的实验和测量灯泡额定功率的实验，涉及到的知道较多，综合性强，明白图丁电路图的含义是关键．