Question

4．在“探究电流做功与电压、电流的关系”的活动中，同学们设计了如图甲、乙、丙三个电路．

（1）同学们经过讨论，认为不应该选择图甲电路，原因是不能控制变量．
（2）为研究电功率与电压的关系，应该选择图丙所示的电路．
（3）实验中同学们是通过比较灯泡的亮度来比较电功率的大小的，因为电功率越大的灯泡，即单位时间消耗的电能越多，所以单位时间得到的功就越多，灯泡越亮．
（4）实验中，同学们使用的是可调电源，选择的灯泡是“12V  6W”的灯泡L₁和（6V  4W）灯泡L₂ 那么为了保护电路元件，乙图中电源电压不能超过6V，丙图中增大电源电压足够后，调节滑动变阻器，则L₁灯泡首先正常发光，此时另一个灯泡两端的电压是4.5V．

Answer 1

分析 （1）电流做功的大小与电压、电流和通电时间三个因素有关，当研究与其中某一个因素的关系时，应控制其余的因素不变；
（2）研究电功率与电压的关系，应控制电流的大小，通过比较电压的大小，得出电功率与电压的关系；
（3）灯的亮度取决于灯的实际功率，单位时间里电流做的功越多，电功率越大；
（4）乙图中两灯泡并联，它们两端的电压相等，为了保护电路元件电源的电压为两灯泡额定电压中较小的；丙图中两灯泡串联，通过它们的电流相等，根据P=UI求出两灯泡的额定电流，额定电流较小的先正常发光，根据欧姆定律求出不能正常发光灯泡的电阻，再根据欧姆定律求出不能发光灯泡两端的电压．

解答 解：（1）甲电路中，滑动变阻器滑片移动时，灯泡两端的电压和电流都在变化，无法控制电流或者电压不变，
因此无法利用控制变量法探究电流做功与电压、电流的关系；
（2）研究电功率与电压的关系，就应该控制电路中的电流不变，通过比较电压，得出电功率与电压的关系，
图丙中两只灯泡串联，控制了电流相同，
（3）由P=$\frac{W}{t}$可得，单位时间消耗的电能越多，电功率大，单位时间得到的功就越多，从而灯泡越亮；
（4）乙图中两灯泡并联，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，为了保护电路元件，电源的电压为6V；
丙图中两灯泡串联，
由P=UI可得，两灯泡的额定电流分别为：
I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}$=$\frac{6W}{12V}$=0.5A，I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}$=$\frac{4W}{6V}$=$\frac{2}{3}$A，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，调节滑动变阻器，L₁灯泡首先正常发光，
由I=$\frac{U}{R}$可得，L₂灯泡的电阻：
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{6V}{\frac{2}{3}Ω}$=9Ω，
L₁灯泡正常发光时L₂两端的电压：
U₁′=I₁R₂=0.5A×9Ω=4.5V．
故答案为：
（1）不能控制变量；
（2）丙；
（3）电能；功；
（4）6；L₁；4.5．

点评 本题是一道实验探究题，侧重考查了控制变量法与转换法的具体应用，知道根据灯泡的亮度比较相同时间内电流做功的多少是关键．