Question

6．小明用如图1甲所示电路探究“通过导体的电流跟导体电阻的关系”．电源电压为6V且保持不变，实验用到的电阻阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．

（1）请根据图1甲电路将图1乙所示的实物电路连接完整（导线不允许交叉）．
（2）小明将5Ω电阻接入电路，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于A（选填“A”或“B”）端，这样可以起到保护电路的作用．
（3）闭合开关移动滑片至某处时，电压表示数如图2，为2.5V．记录电压表和电流表示数．
（4）改变电阻R的阻值，根据实验数据作出如图1丙所示的“电流I随电阻R变化的图象”．
①由图象可以得出结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．
②上述实验中，用5Ω电阻做完实验后，接下来应进行的操作是：断开开关，将滑动变阻器的滑片移到A端，取下5Ω电阻；然后将10Ω电阻接入电路，闭合开关，移动滑片，使电压表示数为2.5V，读出电流表的示数．
（5）为完成整个实验，应该选取最大阻值不小于35Ω的滑动变阻器．
（6）若用该电路测量额定电压为2.5V小灯泡功率，测得如下表数据．则：

次数	1	2	3	4	5
电压/V	0.4	1.0	1.5	2.0	2.5
电流/A	0.08	0.16	0.19	0.22	0.24

①小灯泡的额定功率是0.6W；
②为完成整个实验，应该选取最大阻值不小于70Ω的滑动变阻器．

Answer 1

分析 （1）按照图甲的电路图，将图乙中还未连入的电压表和滑动变阻器接入电路，电压表应并联到定值电阻两端，滑动变阻器按照“一上一下”连入电路．由此连接电路；
（2）为保护电路，连接电路时，应断开开关，滑动变阻器接入电路的阻值应为最大阻值；
（3）由图2可知电压表量程和分度值读出其示数即可；
（4）①分析丙图中的图象，判断电流和电阻的关系即可；
②每次实验后，必须断开开关，把滑片调到最大阻值处，然后再更换电阻；闭合开关后，还要调节滑片，使定值电阻两端的电压保持不变；
（5）由图丙找出实验时电路中的最小电流，由串联电路的特点及欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的阻值，据此确定滑动变阻器的最小的最大阻值；
（6）①由表格找出灯泡额定电压下对应的电流，然后由电功率公式P=UI求出灯泡额定功率；
②当灯泡两端的电压最小时滑动变阻器接入电路中的电阻最大，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，
利用串联电路的电流特点和欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的阻值即可得出滑动变阻器的最小的最大阻值．

解答 解：（1）把电阻、滑动变阻器串联接入电路，电压表并联在电阻两端，注意滑动变阻器已接了右下角的接线柱，所以应将其上面的一个接线柱接入电路中，如图所示：

（2）滑动变阻器串联在电路中，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应调到阻值最大处，即应将滑动变阻器的滑片P应置于A端；
滑动变阻器的滑片处与最大阻值处，目的是防止电路中电流过大，烧坏电路元件，从而可以起到保护电路的作用．
（3）由图2可知，电压表选择的量程是0～3V，分度值是0.1V，所以电压表的示数是2.5V．
（4）①由图丙所示图象可知，图象是反比例函数图象，由此可知：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．
②在换接电阻时，应将开关断开，滑动变阻器的滑片应调到阻值最大处，即应将滑动变阻器的滑片P应置于A端；
由图象知，当R=5Ω时，电流表的示数I=0.5A，所以电阻两端的电压U=IR=0.5A×5Ω=2.5V，在整个过程中，R两端的电压保持2.5V不变；
换好定值电阻后，闭合开关，并向右移动滑片，使电压表的示数为2.5V．
（5）由图丙可知，电路最小电流I=0.1A，此时电阻R=25Ω，
由I=$\frac{U}{R}$得，
电阻两端电压U_R=IR=0.1A×25Ω=2.5V，
此时滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_R=6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$得，
滑动变阻器阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω．
（6）①由表格数据可知，当小灯泡的额定电压为U_额=2.5V，额定电流I_额=0.24A，
则小灯泡的额定功率是P_额=U_额I_额=2.5V×0.24A=0.6W．
②当小灯泡两端的电压U_L=0.4V时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，
此时滑动变阻器两端的电压U_滑=U-U_L=6V-0.4V=5.6V，
根据串联电路中各处的电流都相等，即I_滑=I_L=0.08A，
所以滑动变阻器接入电路中的电阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{滑}}$=$\frac{5.6V}{0.08A}$=70Ω，
故应该选取最大阻值不小于70Ω的滑动变阻器．
故答案为：（1）见上图；（2）A；保护电路；（3）2.5；
（4）①电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；
②将滑动变阻器的滑片移到A端，取下5Ω电阻；电压表示数为2.5V；
（5）35；（6）①0.6；②70．

点评 此题是探究电流跟电阻的关系实验，需使电阻两端的电压不变，考查了对图象的分析，同时涉及到了串联电路电流、电压的关系，及欧姆定律的变形应用．分析图象获取信息和利用好控制变量法是解题的关键．