Question

14．某小组同学用图甲的电路图探究电流与电压、电阻的关系，实验中他们所用的定值电阻分别是5Ω、10Ω、15Ω．电源电压是4.5V不变．

（1）在探究“导体中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，请帮助该小组设计一个记录实验数据的表格．
（2）在探究“导体中的电流跟电阻的关系”时，控制定值电阻两端电压3V不变，选用的电阻是5Ω，10Ω，15Ω．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（选填“左”或“右”）移动，目的是使电阻两端的电压保持不变，若要完成整个实验，选择的滑动变阻器的最大阻值至少为7.5Ω
（3）上述实验技术后，改组同学把定值电阻换成“0.2A”的小灯泡，准备测量小灯泡的额定功率，却发现实验桌上电压表不见了，而多了一个开关，于是该组同学设计了如图丁所示的电路，也测出了小灯泡的额定功率，请你将小红的主要实验步骤补充完成（电源电压用U表示）
①只闭合开关S₁，将滑动变阻调到最大阻值，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的示数为0.2A，此时小灯泡正常发光；
②保持滑动变阻器滑片的位置不动，再闭合开关S₂，记下此时电流表的示数为I；
③写出小灯泡额定功率的表达式P=（U-$\frac{0.2A•U}{I}$）×0.2A．

Answer 1

分析 （1）根据指针的偏转角度及电源电压，确定电压表的量程、分度值，得出电压值，计算出电阻，设计表格；
（2）要探究“导体中的电流跟电阻的关系”，需通过调节滑动变阻器保持电阻两端的电压不变；
根据串分压的知识，当电阻的阻值最大时，所需滑动变阻器的阻值最大；
（3）要测量小灯泡的额定功率，应该使得通过小灯泡的电流为“0.2A”即达到其额定电流；利用P=UI分析可知利用滑动变阻器得到小灯泡两端的电压，即可求出其额定功率．

解答 解：（1）由题意知，电源电压为4.5V，由图乙知，电压表的指针偏转角度很大，所以电压表选择的是0～3V的量程，分度值为0.1V，示数为2.8V；
则电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.8V}{0.28A}$=10Ω；
的电流跟两端电压的关系”，要保持电阻不变，改变电压，并测出电流的变化，设计表格如下：

实验次数	电阻R/Ω	电压U/V	电流I/A
1	10
2	10
3	10
4	10

（2）把定值电阻由5Ω换成10Ω，电阻两端的电压变大，所以应增大滑动变阻器的阻值，将滑片向右移动，保持电阻两端的电压不变；
电阻的最大阻值为15Ω，根据串分压的知识，此时所需滑动变阻器的阻值最大；
电路中电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{15Ω}$=0.2A；
所以R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-3V}{0.2A}$=7.5Ω；
（3）①因为小灯泡的额定电流为0.2A，所以将滑动变阻器调到最大阻值，只闭合开关S₁，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的示数为0.2A，此时小灯泡正常发光；
②保持滑动变阻器滑片的位置不动，再闭合开关S₂，灯泡短路，此时电路中只有滑动变阻器，记下此时电流表的示数为I；
③开关闭合时，电流为I，则变阻器的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$，所以小灯泡的额定电压U_L=U-U_滑=U-0.2A×$\frac{U}{I}$，所以小灯泡额定功率的表达式P=U_LI_L=U_L×0.2A=（U-$\frac{0.2A•U}{I}$）×0.2A．
故答案为：（1）2.8；表格如上；（2）右；使电阻两端的电压保持不变；7.5；（3）①使电流表的示数为0.2A；②再闭合开关S₂；③（U-$\frac{0.2A•U}{I}$）×0.2A．

点评 此题是探究导体中的电流和电压、电阻的关系，考查了实验表格的绘制及电压表的读数，（3）问中灯泡电功率的测量是难点，根据电压不变，得出灯泡的额定功率是关键．