Question

14．在本学期学习电学知识过程中，小明利用如图a所示的电路图，做了多个实验，电阻R₀可选用阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻．

（1）在做“探究电流与电阻的关系”的实验时，小明先把10Ω的电阻连入电路，闭合开关，把电流表的读数填在表1中，然后把10Ω电阻分别换成20Ω、30Ω电阻，将相应的电流值记录到表1中．分析表1中数据可知，小明实验过程中存在的错误之处在于：没有保持定值电阻两端电压不变．
表1                                        表2

实验序号	电阻R0/Ω	电流I/A		实验序号	电压表示数/V	电流表示数/A
1	10	0.3		1	2.5	0.13
2	20	0.2		2	4.0	0.20
3	30	0.5		3	5.5	0.27

（2）在做“伏安法”测电阻的实验时，小明根据电路图a连接的电路如图b所示，并测得实验数据如表2所示．图中尚有两根导线未连接，请用笔画线代替导线完成电路连接（要求滑动变阻器连入电路中的阻值最大），由表2数据可以判断，小明同学选用的定值电阻的阻值为20Ω．
（3）在做“测量小灯泡额定功率”的实验时，小明用额定电压为“2.5V”的小灯泡代替电路图a中的电阻R₀，连接好电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，经检查发现是电流表损坏了，老师建议小明利用现有器材中的电源、滑动变阻器R、开关、额定电压为“2.5V'’的小灯泡L、阻值为10Ω的定值电阻R₀、电压表V₁、导线若干，加上老师另外再提供的一个电压表V₂（注意：两个电压表，没有电流表），去重新设计电路完成实验．小明经过认真思考后设计了正确的实验电路（如图c所示），闭合开关后，为了测量小灯泡的额定功率，应调节滑动变阻器，使电压表V₁的示数为2.5V，此时电压表V₂的示数如图d所示，则可以测得小灯泡的额定功率为0.6W．

（4）小明在课后对第 （3）题中“测量小灯泡额定功率”的方法进行了总结和反思，还进一步设计出了“两个电流表，没有电压表”解决这个问题的方法，所用到的器材有：电源、滑动变阻器R、开关、额定电压为“2.5V”的小灯泡L，阻值为10Ω的定值电阻R₀、电流表A₁、电流表A₂、导线若干，请你在图e方框中画出相应的电路图并简述相关实验步骤：①按照上图连接电路，调节滑动变阻器使电流表A₂的示数为0.25A；
②读出此时电流表A₁的示数I₁；
③根据P=UI₁求出灯泡的额定功率．．

Answer 1

分析 （1）探究电流与电阻的关系时，需保持定值电阻两端电压不变，因此把10Ω的电阻分别换成20Ω和30Ω的电阻时，需保持定值电阻两端电压不变；
（2）在连接滑动变阻器时，应选择下端的其中一个接线柱，并使滑片远离接线柱，此时阻值最大；利用表中数据，通过欧姆定律的变形公式可计算电阻的大小；
（3）要测量灯泡的额定功率，必须使灯泡两端电压为2.5V；根据定值电阻两端的电压和电阻求出电路中的电流，再根据P=UI求出灯泡的额定功率；
（4）要测量小灯泡的额定功率，必须使灯泡两端电压为额定电压，根据并联电压相等和利用欧姆定律计算电流，最后再根据P=UI求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）探究电流与电阻的关系时，需保持定值电阻两端电压不变，因此把10Ω的电阻分别换成20Ω和30Ω的电阻时，需保持定值电阻两端电压不变；而小明没有保持定值电阻两端电压不变；
（2）由图2可知，为了使滑动变阻器接入电路的阻值最大，应将其A接线柱与定值电阻相连，如图所示；

根据表中数据，在误差允许的范围内，其电阻大小R=$\frac{U}{I}$=$\frac{4V}{0.20A}$=20Ω；
（3）为了测量小灯泡的额定功率，应调节滑动变阻器，使灯泡两端电压为2.5V；
电压表V₂的量程为0～3V，分度值为0.1V，读数为2.4V，
电路中的电流I=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}$=$\frac{2.4V}{10Ω}$=0.24A，
小灯泡的额定功率P=U₁I=2.5V×0.24A=0.6W；
（4）没有电压表，使小灯泡和定值电阻并联，设计电路图如下：

小灯泡和定值电阻并联，灯泡正常发光时其两端的电压为2.5V，则定值电阻中的电流I₂=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
实验步骤：①按照上图连接电路，调节滑动变阻器使电流表A₂的示数为0.25A；
②读出此时电流表A₁的示数I₁；
③根据P=UI₁求出灯泡的额定功率．
故答案为：（1）没有保持定值电阻两端电压不变；（2）如上图；20；（3）2.5；0.6；（4）如上图；①按照上图连接电路，调节滑动变阻器使电流表A₂的示数为0.25A；
②读出此时电流表A₁的示数I₁；
③根据P=UI₁求出灯泡的额定功率．

点评 此题主要考查学生对于伏安法测电功率实验的理解和掌握，关键是单只电表与定值电阻如何测量待测量．属于难题．