Question

15．张琳利用如图甲所示的电路，探究“保持电阻不变时，电流跟电压的关系”．
实验器材：电源（电压恒为6V），电流表、电压表各一只，一个开关，一个定值电阻，一只滑动变阻器，导线若干．

（1）请根据图甲所示的电路图，用笔画线代替导线把图乙所示的实物电路连接完整．
（2）在连接电路时开关应处于断开状态．
（3）张琳通过实验得到多组实验数据，由这些数据得到如图丙所示的电流I随电压U变化的图象，由图象可得结论：保持电阻不变时，电流跟电压成正比．
（4）若电流表损坏，请你利用余下的实验器材，测量一个稳定电压为3.8V的小灯泡的稳定功率（灯丝的电阻会随温度变化），并把如下的实验步骤补充完整．
①在原实验电路中，断开开关S，拆去电流表，用小灯泡替换定值电阻，重新连接好电路，并移动滑片P至B（选填“A”或“B”）端；
②闭合开关S，移动滑片P，直至电压表的示数为3.8V时，小灯泡正常发光；
③保持滑片P的位置不变，断开开关，用定值电阻替换小灯泡，闭合开关，读出电压表的示数U；
④小灯泡的额定功率的表达式P_额=$\frac{1.672W•U}{6V-U}$（用数据和测量的物理量符号表示）．

Answer 1

分析 （1）根据电路图连接实物电路图；
（2）电路连接开关应处于断开状态；
（3）分析图象是一个正比例图象，结合条件得出结论；
（4）根据题意完成实验步骤，然后应用串联电路特点、欧姆定律与电功率公式分析答题．

解答 解：（1）把电流表串联接入电路，根据电路图连接实物电路图如图所示：

（2）为了防止连接时电路安全，连接电路时开关应断开；
（3）由图丙所示图象可知，U-I图象是一条倾斜的直线，电压U与电流I成正比，由此可得：在电阻一定时，电流与电压成正比；
（4）①断开开关S，拆去电流表，用小灯泡替换定值电阻，重新连接好电路，并移动滑片P至B端；
②闭合开关S，移动滑片P，直至电压表的示数为灯泡额定电压3.8V时，小灯泡正常发光；
③保持滑片P的位置不变，断开开关，用定值电阻替换小灯泡，闭合开关，读出电压表的示数U；
④由图丙所示图象可知，当电压为2V时，电流为0.4A．定值定值阻值：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω，滑动变阻器接入电路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-U}{\frac{U}{5Ω}}$，
灯泡正常发光时的电流：I=$\frac{6V-3.8V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2.2V}{\frac{6V-U}{\frac{U}{5Ω}}}$=$\frac{2.2V×U}{（6V-U）×5Ω}$，
小灯泡的额定功率的表达式P_额=U_LI=3.8V×$\frac{2.2V×U}{（6V-U）×5Ω}$=$\frac{1.672W•U}{6V-U}$．
故答案为：
（1）见上图；
（2）断开；
（3）电流跟电压成正比；
（4）①B；②3.8；③保持滑片P的位置不变，断开开关，用定值电阻替换小灯泡，闭合开关，读出电压表的示数U；④$\frac{1.672W•U}{6V-U}$．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验注意事项、实验数据处理等，连接电路时，本题第（4）问的难点在借助定值电阻表示出灯泡正常发光时变阻器连入的阻值．