Question

14．在“探究一定电压下，电流与电阻的关系”的实验中，老师提供的实验器材有：电源（电压恒为4.5Ⅴ），电流表、电压表、开关各一个，四个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），两只滑动变阻器（规格分别为“10Ω，2A”、“20Ω，1A”），导线若干．

（1）请根据实验需要用笔画线把甲图元件连接成实物电路．
（2）按要求连接好电路，闭合开关前，变阻器的滑片P应调至最大阻值处．
（3）李艳同学在a、b间先接入5Ω的电阻，闭合开关，移动滑片P，使表示数2.5V，并记下相应的电流值；5Ω再改接10Ω的电阻，此时滑片P应向C（选填“C”或“D”）端移动，李艳移动变阻器滑片P的目的是使电压表示数保持2.5V不变．
（4）完成整个实验，应该选取的滑动变阻器的规格是“20Ω，1A”．
（5）李艳又将图中的定值电阻R₁换成标有“2.5V”的小灯泡，图乙是使该灯泡正常发光时的电流表的示数，则该灯泡的额定功率为0.75W．

Answer 1

分析 （1）根据题目要求，在（3）中，先接入5Ω的电阻，闭合开关，移动滑片P，使表示数2.5V，变阻器分得的电压为4.5V-2.5V=2V，变阻器分得的电压为定值电阻电压的$\frac{2V}{2.5V}$=0.8倍，根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻为定值电阻的0.8倍，即为0.8×5Ω=4Ω；当定值电阻由5Ω再改接10Ω的电阻时，电路中的电流大小
I′=$\frac{4.5V}{4Ω+10Ω}=\frac{4.5V}{14Ω}$，此时电压表的示数为U′=I′R′=$\frac{4.5V}{14Ω}$×10Ω=3.2V＞3V，所以，电表选应选用大量程，电压表并联在定值电阻的两端，变阻器按一上一下的原则与电流表、定值电阻串联；
（3）根据串联电路电压的特点和分压原理确定滑片移动的方向；
（4）在分析（1）的基础上，求出变阻器的最小阻值，从而确定变阻器的规格；
（5）根据图乙电流表小量程读数，根据P=UI求灯的功率．

解答 解：（1）在上面分析的基础下，实物图连接如下图所示；

（3）当电阻由5Ω换成10Ω的电阻时，根据分压原理，定值电阻的电压变大，要保持电压不变，应减小定值电阻的电压而增大变阻器分得的电压，所以变阻器连入电路中的电阻应增大，滑片向C端移动；移动滑片的目的是使电压表示数保持2.5V不变；
（4）由分析（1）知，变阻器的电压是定值电阻电压的0.8倍，为保证完成整个实验，滑动变阻器的阻值至少为0.8×20Ω=16Ω＞10Ω，所以，应选用“20Ω，1A”的变阻器；
（5）图乙中电流表小量程分度值为0.02A，示数为0.3A，则灯的额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
故答案为：（1）如上图所示；
（3）C；使电压表示数保持2.5V不变；
（4）“20Ω，1A”；
（5）0.75．

点评 本题探究电流与电阻的关系，考查电路的连接、操作的过程、器材的选择及小灯泡额定功率的测量，综合性较强，有一定难度．