题目内容
13．下面是小明和小华等同学进行的电学实验：（1）小明为了探究通过导体的电流跟电阻的关系，设计了如图1所示的电路．
①请用笔画代替导线完成图1电路的连接；
②小明看到了邻组同学在闭合开关后，电流表的指针偏向“0”刻度线的左侧，原因是电流表正负接线柱接反了；
③如果小明连接电路时接入的电阻为5Ω，控制电阻两端的电压为2V，那么将5Ω的电阻换成10Ω的电阻时，应将滑动变阻器的滑片向左端调节，使电压表示数为2V；把10Ω的电阻换成20Ω的电阻，无论怎样调节滑片都无法使电压表示数调到控制值，说明她选择的滑动变阻器最大阻值太小；
④更换器材后，重新实验，将数据记录在表格中，分析实验数据可得出：当电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比．
| 电压U/V | 2 | ||
| 电阻R/Ω | 5 | 10 | 20 |
| 电流I/A | 0.4 | 0.2 | 0.1 |
①正确连接电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这种现象的原因是小灯泡断路；
②排除故障，继续实验．如图2甲所示是某次实验电流表的示数为0.1A．最后根据实验数据画出I-U图象（如图2乙）．根据图象求出小灯泡正常发光时的功率为0.625W；
③通过分析I-U图象，发现小灯泡的电阻随电压升高逐渐变大，其原因是灯丝电阻随温度升高而增大．
（3）完成上述实验后，小明又重新设计了电路（如图2丙），测量另一个小灯泡的额定功率，
这个小灯泡正常工作的电流为I1．请完成实验步骤（已知电源电压为U）．
①只闭合开关S1，移动滑动变阻器R2的滑片，使电流表示数为I1；
②只闭合开关S2，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节滑动变阻器R1的滑片使电流表示数为I1；再将滑动变阻器R2的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I2；此时R1接入电路的电阻为$\frac{U}{{I}_{2}}$（用物理量的符号表示）．
③则小灯泡的额定功率表达式为P额=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．（用物理量的符号表示）
分析 （1）①在实物电路连接时，电压表应与定值电阻并联，并注意电流要正进负出；
②当电流表的正负接线柱接反时，会出现指针反偏的现象；
③在探究电流与电阻关系时，应保持电压的大小不变，所以当换成较大电阻时，应适当调整滑片，使电压表示数仍为2V；
变阻器在电路中起分压作用，当定值电阻换成20Ω后，变阻器必须继续调大，才能确保定值电阻两端的电压仍为2V，如果变阻器最大阻值太小，则无法达到调整的目的．
④当电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比．
（2）①根据灯泡的发光情况和电压表、电流表的示数，可判断电路故障是断路或短路；
②电流表读数时要看清量程，明确分度值，再读数．从图象中读出额定电压下的电流值，根据公式P=UI可计算额定功率的大小；
③灯丝的电阻是变化的，会随温度的升高而增大．
（3）搞清实验的原理是利用替代法，测出灯泡的电阻，再通过电功率的变形公式P=I2R可计算小灯泡的额定功率．
解答 解：（1）①电压表应并联在定值电阻的两端，所以应将定值电阻的左接线柱与电压表的“-”接线柱或变阻器下端接线柱连接；如图所示．
②闭合开关后，电流表的指针偏向“0”刻度线的左侧，原因是电流表正负接线柱接反了；
③在探究电流与电阻关系时，应保持电压的大小不变，所以当电阻从5Ω换成10Ω时，电阻变大，分压变大，应向左调整滑片，使电压表示数仍为2V；
滑动变阻器在电路中起分压作用，当定值电阻换成20Ω后，变阻器必须继续调大，才能确保定值电阻两端的电压仍为2V，如果无论怎样调节滑片都无法使电压表示数调到控制值，说明她选择的滑动变阻器最大阻值太小了；
④由实验数据可知，当电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比．
（2）①闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表指针几乎不动，说明为断路，电压表有示数，说明电压表并联部分断路了，因此产生这种现象的原因是灯泡断路；
②读图乙可知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，其示数为0.1A；
读图丙可得，当电压为2.5V时，电路中的电流为0.25A，则小灯泡的额定功率为：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W．
③过分析I-U图象，发现小灯泡的电阻随电压升高逐渐变大，其原因是灯丝电阻受温度影响，温度越高，灯丝电阻越大．
（3）分析实验的原理可以得出其具体的步骤为：
①只闭合开关S1，移动滑动变阻器R2的滑片，使电流表示数为I1；
②只闭合开关S2，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节滑动变阻器R1的滑片使电流表示数为I1；
再将滑动变阻器R2的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I2；
③则小灯泡的电阻与变阻器R1此时的电阻相同，即R灯=$\frac{U}{{I}_{2}}$，
小灯泡的额定功率P额=I12R灯=I12•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
故答案为：（1）①见上图；②正负接线柱接反了；③左；2；最大阻值太小；④反；
（2）①小灯泡断路；②0.1； 0.625；③灯丝电阻随温度升高而增大；
（3）①I1；②调节滑动变阻器R1的滑片；$\frac{U}{{I}_{2}}$；③$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
点评 本题即考查了“探究通过导体的电流跟电阻的关系”，又考查了“测量小灯泡电功率”，尤其是后一个实验中，运用了两种不同的测量方法，要求我们对实验的原理、注意事项、欧姆定律及电功率的变形公式等有一个全面的了解和掌握，考查内容多，有一定难度．
文敬图书课时先锋系列答案
小明健身用的拉力器结构如图所示，他用250N的力向下拉动拉杆，使20kg的配重块在2s匀速提高40cm，不记拉杆和绳的重力，g取10N/kg．求：| A． | “光年”是长度单位 | |
| B． | 进行多次测量取平均值可以减小误差 | |
| C． | 人耳听不见超声波是因为超声波的频率小 | |
| D． | 矫正近视眼的眼镜片是凹透镜 |
有一个阻值看不清的电阻器Rx，要测出它的阻值．
某同学在探究“电流与电压”的关系．（1）请你帮这位同学在方框内画出实验电路图．
（2）在连接好电路后，闭合开关前，应把滑动变阻器的阻值调到最大．
（3）在实验中，这位同学测量并记录了如表所示的数据，请你把空白处填完整．
| 电阻（Ω） | 电压（V） | 电流（A） |
| 10 | 2 | 0.2 |
| 0.4 | ||
| 6 | 0.6 |
（5）在该实验中，主要采用的实验方法叫控制变量法．
某实验小组在探究欧姆定律时，采用了如图所示的电路图，实验中他们选用的定值电阻分别是6Ω、8Ω、10Ω，电源电压是3V，滑动变阻器的阻值范围是0～15Ω．（1）他们在探究某一因素变化对电流的影响时，采用控制变量法实验分两步进行：
①保持电阻不变，探究电流与电压的关系；
②保持电压不变，探究电流与电阻的关系；
（2）实验中电流表的量程应选0～0.6A，电压表的量程应选0～3V；
（3）在研究电阻对电流的影响时，把定值电阻由6Ω换成10Ω，闭合开关后，下一步的操作是：调节滑动变阻器的滑片，保持定值电阻两端电压不变．
（4）该小组的同学在完成上述实验后，把定值电阻改成小灯泡，然后测量小灯泡的电阻，得到的三组数据如表所示，请你将表中的空白格补上．
| 实验次数 | 1 | 2 | 3 |
| 电压/V | 1.5 | 2.0 | 2.5 |
| 电流/A | 0.23 | 0.27 | 0.3 |
| 电阻/Ω | 6.5 | 7.4 | 8.3 |
| 灯泡亮度 | 暗 | 较亮 | 亮 |
小宇和同学们在“探究电流与电阻关系”的实验中，所用的器材有：三节新干电池，“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω”的电阻各一个，一个标有“20Ω 2A”字样的滑动变阻器，电流表使用0～0.6A的量程，电压表使用0～3V的量程，开关和导线若干．请你和他们一起完成下列实验：