Question

13．为了探究电流与电压、电阻的关系，小亮设计了图甲所示的电路图．

（1）小明根据电路图，把有关元件连接完整．

表（一）					表（二）
次序	1	2	3		次序	1	2	3
电压（V）	2.0	4.0			电阻（Ω）	5	10	15
电流（A）	0.1	0.2			电流（A）	1.2	0.6	0.4

（2）调节滑片位置，改变定值电阻两端的电压．前两次电压表、电流表的示数如表（一）中所示，第3次两个电表的示数如图丙所示．①请把第3次的电表读数填在表（一）中；②由表中数据可知实验使用的定值电阻的阻值是20Ω；③对表（一）中数据进行分析，可归纳出的结论是电阻不变，导体中的电流与其两端的电压成正比．
（3）如果仍用图甲电路探究电流与电阻的关系，实验记录数据如表（二）所示，实验中当换用不同的定值电阻后，每次应移动滑片的位置，保持定值电阻两端的电压不变，根据表（二）数据可得出结论是电压不变，导体中的电流与其电阻成反比．
（4）小亮同学在做完实验后思考，在研究电流与电压的关系时，如果用一只合适的电灯来代替定值电阻，是不是可行？为什么？说出你的理由．不可行；灯丝的电阻与温度有关，不同电压下灯丝的电阻不同．
（5）小明和同组的小亮商量后认为还可以利用所提供的器材测量额定电压为2.5V的小灯泡（实验桌面上有）的电功率，于是小明把实验中的定值电阻换成小灯泡，继续进行实验，小明的操作规范，但当他把开关闭合时却发现：电流表无示数，电压表却有示数，则可能的故障是灯泡断路．
（6）小明和小亮商议后排除了故障，正确测得3组实验数据：U₁=1.6V，I₁=0.20A；U₂=2.2V，I₂=0.26A；U₃=2.5V，I₃=0.30A．根据测量的数据，小明所测灯泡的额定功率为0.75W．
（7）在实验中，另一组的小刚同学刚连接完最后一根导线，立即看到灯泡发出明亮的光，则他在实验操作中的两个不当之处是：①连接电路过程中开关未断开；②滑动变阻器的阻值未移至最大阻值处．
（8）实验结束后，小刚同学将测得的多组数据作出了I-U图象，结果发现图线不是一条直线，这表明通过灯泡的电流与电压不成正比，小刚很郁闷，请你帮他分析原因．

Answer 1

分析 （1）根据电路图连接实物电路；
（2）根据电流表和电压表读出示数，由R=$\frac{U}{I}$求出电阻的阻值；
分析表一得出电流与电压的正比例关系；
（3）根据表二得出电流与电阻的反比例关系；
（4）要得出电流与电压的关系，需使电阻不变，并根据灯丝电阻与温度的关系进行分析；
（5）电流表无示数，电路断路，电压表有示数，与电压表并联的电路断路；
（6）根据P_额=U_额I_额进行计算；
（7）连接电路过程中，开关断开，闭合开关将滑片移至最大阻值处；
（8）根据灯丝电阻随温度升高而增大的特点进行分析．

解答 解：（1）根据电路图连接实物电路，如图所示：

（2）①由图乙知，电压表的量程为0～15V，分度值为0.5V，示数为6V；
电流表的量程为0～0.6A，示数为0.3A；
②由I=$\frac{U}{R}$得，R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.1A}$=$\frac{4V}{0.2A}$=$\frac{6V}{0.3A}$=20Ω；
③由表一中数据知，电压与电流的比值为定值，可得电阻不变，导体中的电流与其两端的电压成正比；
（3）由表二数据知，电流与电阻的乘积为一定值，可知电压不变，导体中的电流与其电阻成反比；
（4）在研究电流与电压的关系时，应保持电阻的阻值不变，由于灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以不能用电灯来代替变阻器；
（5）电流表无示数，电压表却有示数，说明与电压表并联的灯泡断路；
（6）由数据知，当U=2.5V时，I=0.3A，则额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（7）连接电路后，灯泡立即发出明亮的光，说明开关已闭合，且电路中电阻较小，故问题为：①连线时开关应断开，不能闭合； ②滑动变阻器滑片未处于阻值最大处；
（8）由于灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以通过灯泡的电流与电压不成正比．
故答案为：（2）①6；0.3；②20；③电阻不变，导体中的电流与其两端的电压成正比；（3）电压不变，导体中的电流与其电阻成反比；（4）不可行；灯丝的电阻与温度有关，不同电压下灯丝的电阻不同；（5）灯泡断路；（6）0.75；（7）①连接电路过程中开关未断开；②滑动变阻器的阻值未移至最大阻值处；（8）灯丝的电阻随温度的升高而增大．

点评 本题是探究电流与电压、电阻关系实验，考查了电表的读数、实验数据的分析、电阻及电功率的计算、电路故障的分析、灯丝电阻与温度的关系，考查全面．