Question

13．张明同学用如图甲所示的电路图探究欧姆定律，实验中他们所用的定值电阻分别是5Ω、10Ω、15Ω，电源电压恒定为4.5V．
（1）在探究“通过电阻的电流跟两端电压的关系”时，选用了某一定值电阻，连接电路闭合开关后，移动变阻器的滑片P，当电流表的示数是0.28A时，电压表的示数如图乙所示，这时定值电阻两端的电压是2.8V，这一定值电阻的阻值是10Ω．
（2）在探究“电阻上的电流跟电阻的关系”时，把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，下一步的操作是：将变阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）移动，目的是保持定值电阻两端电压不变．
（3）探究结束后，该组同学又利用图甲所示的电路图测量小灯泡的电功率，他们把定值电阻换成额定电压为3.8V、电阻约为10Ω的小灯泡．
①请帮该组同学将图丙的实物电路连接完整．
②闭合开关后，发现电压表示数接近电源电压，电流表指针有明显偏转，移动变阻器的滑片，两表示数均不变，原因可能是滑动变阻器接入电路的阻值为零．
③问题解决后，闭合开关，改变变阻器滑片P的位置，当电压表的示数是3.8V时，小灯泡正常发光，电流表的示数如图丁所示，则通过小灯泡的电流为0.3A，该电灯泡的额定功率是1.14W．

（4）如图戊所示电路中（R阻值已知），无电压表也能测出该灯泡额定功率的是C．

Answer 1

分析 （1）根据图乙所示电压表及电源电压确定电压表量程及分度值，读出电压表示数；已知电阻两端电压和通过的电流，利用公式R=$\frac{U}{I}$得到定值电阻阻值；
（2）当将电阻由5Ω更换为10Ω后，定值电阻阻值变大，定值电阻分压变大，滑动变阻器分压变小，为保证电阻两端电压不变，应移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变大，使定值电阻两端电压保持不变．
（3）①由电路图可知，滑动变阻器与电压表连接不完整，滑动变阻器应串联接入电路，电压表应并联在灯泡两端；
②电流表指针有明显偏转，说明电路电阻较小，可能是灯泡短路或滑动变阻器接入电路的阻值为零造成的；电压表示数接近电源电压，说明与电压表并联的灯泡不存在短路，灯泡之外电路存在短路，由此可知，电路故障是滑动变阻器接入电路的电阻为零（短路）造成的；
③当灯泡电压等于额定电压时，灯泡正常发光，根据P=UI算出灯泡额定功率．
（4）要测出小灯泡的额定功率，需使其两端的电压为额定电压．因为没有电压表，所以可以用电流表和定值电阻来代替，并且与电灯并联．当通过电阻的电流为$\frac{2.5V}{R}$时，小灯泡会正常发光，然后测出通过灯泡的电流即可．可用到并联电路电流的关系．

解答 解：
（1）电源电压为4.5V，则电阻电压即电压表示数不大于4.5V，如果电压表量程是0～15V，则电压表分度值是0.5V，电压表示数是14V＞4.5V，则电压表量程不是0～15V，电压表量程应是0～3V，分度值是0.1V，电压表示数是2.8V；
定值电阻的阻值为R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.8V}{0.28A}$=10Ω；
（2）定值电阻由5Ω更换为10Ω后，定值电阻分压变大，大于原来的电压，为保持定值电阻两端电压不变，由电路图甲可知，应向右移动滑动变阻器滑片，增大滑动变阻器接入电路的阻值，增大滑动变阻器的分压，使定值电阻两端电压减小，保持定值电阻两端电压不变．
（3）①灯泡额定电压是3.8V，电压表应选0～15V量程，滑动变阻器串联接入电路，电压表与灯泡并联，电路图如图所示；
②电压表示数接近电源电压，电流表指针有明显偏转，移动变阻器的滑片，两表示数均不变，原因可能是滑动变阻器同时接上面两个接线柱，滑动变阻器短路，接入电路的阻值为零造成的；
③当与灯泡并联的电压表示数等于灯泡额定电压3.8V时，灯泡正常发光；电流表的量程为0-0.6A，分度值为0.02A，示数为0.3A，则灯泡功率为：
P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）没有电压表，所以应将电阻与灯泡并联，要得知小灯泡正常发光，必须使灯泡两端的电压等于3.8V，根据并联电路的电压相等，当电阻两端的电压为3.8V时，通过它的电流为I=$\frac{3.8V}{R}$，所以电流表的接法中即能直接单独测出电阻的电流，又能间接测出通过灯泡的电流．
A、无法得知小灯泡是否正常发光，所以A不正确；
B、无法得知灯泡两端的电压是否为3.8V，所以B不正确；
C、电流表可直接与电阻串联，可根据I=$\frac{3.8V}{R}$得知两端的电压是否为3.8V，所以C正确；
D、电路在接法上与A类似，所以D不正确．
故答案为：（1）2.8；10Ω；（2）右；使电压表的示数保持不变； （3）①电路图如图所示； ②滑动变阻器接入电路的阻值为零； ③3.8；0.3；1.14；（4）C．

点评 本题考查了电压表读数、滑动变阻器的调节、电阻的测量、故障分析、电功率的计算、单个电表测功率等问题，是实验的常考问题，一定要掌握；实验中应用了控制变量法，要注意掌握应用．