题目内容

18．在“探究电流与电阻的关系”的实验中，小明同学连接了如图甲所示的实物图，电源为2节新干电池．

（1）图甲中电压表连接不完整，电压表的负接线柱应与点F相连（选填“E”或“F”）．
（2）电路连接无误后，闭合开关，先后将5Ω和10Ω的电阻分别接入电路，移动滑片P进行了二次实验，数据如表格所示．小明紧接着再将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后，直接读出电流表的示数为0.12 A．
物理量

实验次数		电阻R（Ω）电流I
（A）
150.4
2100.2
320
（3）①小明同学发现实验桌上还有一个小灯泡，他想测这个小灯泡的额定功率（小灯泡标有“2.5V”字样），于是他将该灯泡替换上面实验中20Ω的定值电阻，电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表有示数，接下来应进行的操作是C（选填字母序号）．
A．更换小灯泡；B．检查电路是否断路；C．移动滑动变阻器滑片．
②正确操作后当电压表示数为2.5V时，电流表的示数如图乙，则小灯泡的额定功率为0.75W．
③同小组的其他同学设计了如图丙的电路图，利用它也可以测出上面小灯泡的额定功率（图中电源电压不变，定值电阻阻值为R），具体操作如下：
A、将开关S拨到2处，闭合开关S1，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V；
B、断开开关S1，将开关S拨到1处，保持滑动变阻器的滑片位置不动，再闭合开关S1，记下此时电压表的示数为U；
C、算出该灯额定功率P=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{R}$．（写出表达式）

分析 （1）电压表要并联在电路中，要遵循“正进负出”的原则．
（2）由于将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后，直接读出电流表示数，则20Ω的电阻两端的电压不是1.5V，由于变阻器的滑片没有移动，所以首先根据10Ω的电阻连入时的状态利用欧姆定律和串联电路的特点求出滑动变阻器连入的阻值，然后再利用欧姆定律和串联电路的特点求出变阻器与20Ω的定值电阻串联时的电流，即为此时的电流表示数．
（3）①小灯泡不亮但电流表有示数，可能是电路电阻太大，电路电流太小，灯泡功率太小，不足以让灯泡发光，接下来正确的实验操作是：移动滑动变阻器滑片，减小滑动变阻器接入电路的阻值，看灯泡能不能发光；
②电流表读数：首先确定使用的量程，然后确定每一个大格和每一个小格代表的示数；利用P=UI求出灯泡的电功率；
③要测量小灯泡的功率，需测量出小灯泡的电压和电流，由图知，根据灯泡两端的电压和电阻能计算出电路中的电流，通过开关的变化测出灯泡两端的电压，得出小灯泡的电功率的表达式．

解答 解：（1）电压表要并联在电阻两端，正线柱已经接在电阻的右端，所以电压表的负接线柱应与点F相连；
（2）由表格可知：当10Ω的电阻时电流为0.2A，由欧姆定律得：电阻两端的电压U1=IR=0.2A×10Ω=2V，
由于电源为2节新干电池，则电源电压为1.5V×2=3V，
根据串联电路中总电压等于各分电阻两端电压之和可知：
滑动变阻器两端的电压为U滑=U-U1=3V-2V=1V，
所以滑动变阻器连入的阻值R滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{1V}{0.2A}$=5Ω；
当将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后，由于没有移动滑动变阻器的滑片；
则此时总阻值为R总=R′+R滑=20Ω+5Ω=25Ω；
所以电流表示数为：I′=$\frac{U}{{R}_{总}}$=$\frac{3V}{25Ω}$=0.12A．
（3）①闭合开关前，滑动变阻器接入电路的阻值为最大阻值，闭合开关，由于电路总电阻很大，电路电流较小，灯泡的实际功率很小，可能不足以引起灯泡发光；闭合开关后，如果灯泡不亮，应移动滑动变阻器滑片，看灯泡是否发光，如果发光，说明电路不存在故障，如果移动滑片后灯泡仍不发光，说明电路存在故障，然后查找故障原因；故选C．
②当电压表示数等于灯泡额定电压2.5V时，小灯泡达到额定功率；
由图示电流表可知，电流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，电流表示数是0.30A；
灯泡额定功率P=UI=2.5V×0.30A=0.75W．
③A、将开关S拨到2处，闭合开关S1，调节滑动变阻器的阻值，使灯泡两端的电压为2.5V，即电压表的示数为2.5V；
C、由串联电路中总电压等于各分电阻两端电压之和可知：
定值电阻R两端的电压UR=U-2.5V，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{U-2.5V}{R}$；
则灯泡的额定功率：
P=U额I=2.5V×$\frac{U-2.5V}{R}$=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{R}$．
故答案为：（1）F；（2）0.12；（3）①C；②0.75；③电压表的示数为2.5V；$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{R}$．

点评 此题考查的知识点较多，有电压表的连接，电流表的读数方法以及电路故障的分析，电功率的计算等，涉及知识较多，尤其是创新性设计电功率测量实验，有一定难度；在“探究电流与电阻的关系”的实验中，灵活运用控制变量法进行实验探究是解题的关键，要深入理解并加强练习．

练习册系列答案
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14．如图所示，举重运动员在2s内把1500N的杠铃匀速举高了2m，在空中停留了3s，运动员对杠铃做了3000J的功，做功功率是1500W．
9．回顾实验和探究：（将下列实验报告中的空缺部分填写完整）
（1）探究影响电磁铁磁性强弱的因素：
实验
过程		用如图所示的装置进行实验，闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数相等，发现电磁铁乙吸引大头针的数目比甲多．
结论上述实验说明：电磁铁磁性强弱与线圈匝数有关．
（2）探究欧姆定律
实验装置请根据电路图1将第一步实验的实物图2电路连接完整：
方法步骤①用10Ω的电阻做实验，连接电路，移动滑片P，测量并记下几组电压值和电流值，填入表1．
②用20Ω的电阻做实验，连接电路，移动滑片P，测量并记下几组电压值和电流值，填入表2．但少填了一组数据，请你帮她填上．
图象请利用表1数据，用描点法画出R1的I-U图象．
表格表1  R1=10Ω
U/V369
I/A0.30.60.9
表2  R2=20Ω
U/V369
I/A0.150.30.45
问题讨论我们还可以利用此装置测量导体的电阻，依据的原理公式是R=$\frac{U}{I}$．其中运用的科学方法是伏安法．
6．如图甲是测量标有“3.8V”字样的小灯泡额定功率的电路图．

（1）连接电路时，开关应处于断开状态，滑动变阻器的滑片应移到最左端；
（2）闭合开关后，发现电压表示数很大，电流表示数几乎为零，移动滑片，示数均不变，可以判断故障原因是灯泡L断路；
（3）排除故障后，当电压表示数为3.8V时，电流表的示数如图乙所示，由此可得，小灯泡的额定功率为1.14W；
（4）在实验中，若把电流表与电压表的位置互换，闭合开关后造成D （选填选项前的字母）；
A．电流表被烧坏          B．电压表被烧坏
C．小灯泡被烧坏          D．小灯泡不亮
（5）小强的电流表损坏了，已经没有电流表可换，老师给了他一个已知阻值为R的定值电阻和若干个开关，请你重新设计一个电路，正确测出小灯泡的额定功率．
①在如图丙的方框内画出设计的电路图
②写出实验的简要步骤：a、根据电路图连接电路，
b、可先闭合开关S、S1，断开S2，此时电压表测量灯泡两端的电压，移动滑片至某一位置，使电压表的示数为3.8V；
c、保持滑片位置不动，断开开关S1，闭合开关S、S2，此时电压表测量灯泡和电阻两端的总电压，记下电压表的示数U2
③得出小灯泡的额定功率的表达式为P=3.8V×$\frac{{U}_{2}-3.8V}{R}$．
13．在探究杠杆平衡条件实验中
（1）实验前发现杠杆如图1所示，为了方便测力臂，此时应将平衡螺母向左（选填“左”或“右”）调节，直至杠杆在水平位置平衡．
（2）小明同学分析如表实验数据得出杠杆平衡的条件是：动力×动力臂=阻力×阻力臂．你认为这样得出结论的方法不科学；（选填“科学”或“不科学”）．因为根据一组实验数据得出结论，结论不具有普遍性．
动力F1/N动力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm
1.050.510
（3）图2杠杆处于水平位置平衡，若在右侧再挂一物体如图3所示，杠杆右侧会下沉，小明进一步分析发现，杠杆总是向F与l的乘积数值较大的这一侧下沉．
3．小明研究平面镜成像特点时，将M和蜡烛放在方格纸上进行实验（如图所示）．M的位置应放置一块玻璃板（平面镜/玻璃板），蜡烛在M中所成像的位置应在图中的丙处（甲/乙/丙/丁）．若在M的背面挡上一张黑纸，从前面看去能看到蜡烛的像（能/不能）．
10．通过直接感知的现象，推测无法直接感知的事实，是常用的物理方法．下列根据现象所作出的推测符合事实的是（　　）
A．由空气开关“跳闸”推测电路发生短路
B．一轻小物体被一带正电的物体吸引推测轻小物体带负电
C．小磁针放在磁体旁受力偏转推测磁体周围有磁场
D．街边的路灯同时亮、推测路灯是串联的
7．如图所示是内燃机的压缩冲程．天然气是一种清洁燃料，汽车改装后用天然气代替汽油或柴油．某公交车在一段时间内消耗了420g天然气，若这些天然气完全燃烧，可放出的热量可使质量为55kg的水由20℃升高到100℃．有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，排气更清洁．同样的汽油加在T型轿车内比加在L型轿车内热值一样大（填“更大”或“一样大”或“更小”）．[天然气的热值为4.4×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）]．
8．用手将一质量为5kg，体积为6×10-3m3的西瓜浸没在水中，西瓜受到的浮力是60N，松手后西瓜会上浮（填“上浮”“悬浮”或“下沉”），最终静止后受到的浮力是50N．（g取10N/kg）

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