Question

6．小华和小军同学用电池组（电压为6V）、电压表、电流表和滑动变阻器等实验器材，测量小灯泡的电功率时．

（1）如图1所示是小华连接的实物图，请你用笔画线代替导线帮他们完成电路的连接．要求滑动变阻器滑片P向B端滑动时，小灯泡亮度逐渐变亮．
（2）另一小组的同学在连接完电路闭合开关时，发现电压表的指针快速偏转到左边无刻度处，这是由于电压表正负接线柱接反．
（3）在实验过程中，曾出现即使将滑动变阻器调至电阻最小的位置，灯泡微弱发光，两表示数很小的现象，小华检查时碰了一下灯座上的接线柱，突然灯泡变亮了，两表示数也变大了．小军认为这是接触不良造成的，为什么接触不良就会出现这种现象呢？小华分析，接触不良的地方电阻变大，导致电路中的电流变小，从而出现上述实验现象．实际家庭电路中发生接触不良是很危险的，根据焦耳定律，会造成局部过热，引发火灾，应尽量避免．
（4）灯泡的功率测量完毕，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻更换电路中的灯泡，探究“电流跟电阻”的关系，得到如图2所示的电流I随电阻R变化的图象，由图象可得出结论：在电压不变的情况下，通过导体的电流与电阻成反比．
（5）实验中可供选择的滑动变阻器有R₁“20Ω 0.5A”、R₂“50Ω 0.3A”与R₃“40Ω 0.5A”三种规格，分析图象可知小明选用的是滑动变阻器R₃（选填“R₁”或“R₂”或“R₃”）．
（6）若某次实验中滑动变阻器连入的阻值为21Ω，则所选定值电阻的阻值为15Ω．

Answer 1

分析 （1）电压表应与灯泡并联，根据电源判断电压表选择的量程；
滑动变阻器要接一上一下，根据滑动变阻器滑片P向端滑动时，小灯泡亮度逐渐变亮判断出所接下面的接线柱；
（2）电流表的正负接线柱接法要正确，否则指针反向偏转；
（3）通过灯泡的亮暗现象判断接触不良的电阻变化；根据焦耳定律作答；
（4）由图中数据，比较不同的定值电阻对应的电流与电阻之积的大小关系得出结论；
（5）当接入25欧姆的电阻时，对应的电流为0.1A，根据串联电路电压的特点，求出此时变阻器分得的电压，由欧姆定律求出变阻器的最小阻值，再结合变阻器允许通过的最大电流确定变阻器的规格；
（6）变阻器分得的电压为3.5V，根据欧姆定律先求出通过变阻器的电流，再求出定值电阻的大小即可．

解答 解：（1）电压表与灯泡并联，电源由2节干电池组成，所以总电压为3V，电压表应选择0～3V的量程；
滑动变阻器滑片P向B端滑动时，小灯泡亮度逐渐变亮，电阻变小，所以下面应接右边的B接线柱，如下图所示：

（2）电流表的指针反转，说明电压表正负接线柱接反；
（3）碰了一下灯座上的接线柱，突然灯泡变亮了，说明现在的电流增大了，则原来接触不良的地方电阻值变大，导致实际电流减小；实际家庭电路中发生接触不良，根据Q=I²Rt，电流相同，电阻越大，在相同时间内产生的热量多，会造成局部过热，从而引发火灾，应尽量避免；
（4）由图2可知，当定值电阻分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω，电阻与对应的电流大小和乘积为一定值，即
U=IR=2.5V，所以得出的结论是：在电压不变的情况下，通过电阻的电流与导体的电阻成反比；
（5）由图中数据知，当定值电阻为5Ω时，对应的电流大小为0.5A＞0.3A；因电压表示数保持2.5V不变，所以变阻器应分去的电压为U′=6V-2.5V=3.5V，当定值电阻大小为25Ω时，对应的电流最小，大小为I′=0.1A（变阻器连入电路中的阻值最大），所以变阻器的阻值至少为R_滑=$\frac{{U}^{′}}{{I}^{′}}=\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω，考虑变阻器的最大阻值及允许通过的最大电流，应选用R₃“40Ω 0.5A”规格的变阻器；
（6）若某次实验中滑动变阻器连入的阻值为21Ω，则通过其的电流I2=$\frac{{U}^{′}}{{R}_{2}}=\frac{3.5V}{21Ω}$=$\frac{1}{6}$A，此时定值电阻的大小
R_定=$\frac{U}{{I}^{′}}=\frac{2.5V}{\frac{1}{6}A}$=15Ω，所选定值电阻的阻值为15Ω；
故答案为：（1）电路连接如上图所示：
（2）正负接线柱接反；
（3）电阻；过热；
（4）在电压不变的情况下，通过电阻的电流与导体的电阻成反比；
（5）R₃；
（6）15．

点评 本题测量小灯泡的电功率，考查电路的连接、欧姆定律、焦耳定律的应用、器材的选择和从图象中获取有效信息及归纳总结的能力，综合性较强，有一定难度．