题目内容
13．在“探究导体的电流跟电阻的关系”实验中，老师提供的器材有：电源（电压恒为3V），电流表、电压表和开关各一个，五个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，50Ω），滑动变阻器（规格是“20Ω，2A”），导线若干．（1）图甲是小明连接的实物电路，图中有一根导线连接错误，请你在连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．
（2）在开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑至最右（选填“左”或“右”）端．
（3）电路连接无误后，闭合开关，小明先后将5Ω和10Ω的电阻分别接入电路，移动滑片P进行了二次实验，数据如图乙表格所示．小明紧接着再将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后，直接读出电流表示数示为0.12A．
| 物理量 实验次数 | 电阻R（Ω） | 电流I （A） |
| 1 | 5 | 0.4 |
| 2 | 10 | 0.2 |
| 3 | 20 |
（4）小明为了使实验能继续顺利进行，还可以使用的定值电阻有15Ω、30Ω．（写出具体的电阻值，多写少写都不给分）
（5）小明将电阻换成标有“2.5V”字样的小灯泡，测量其不同电压下的电功率．
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灯泡断路；
②排除故障，继续实验，根据实验数据画出I-U图象（如图丙）．由此可求出小灯泡正常发光时的功率为0.625W；
（6）完成上述实验后，小明又利用上述器材重新设计了电路（增加了一个滑动变阻器）如图丁，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．
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，移动滑动变阻器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则小灯泡的额定功率表达式为P额=$\frac{{{UI}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
分析 （1）分析电路的错误之处改正；
（2）开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处；
（3）研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，根据欧姆定律，由表中数据得出不变的电压，根据串联电路的规律和欧姆定律求出变阻器连入电路的阻值，再根据电阻的串联和欧姆定律求出电流大小；
（4）根据分压原理，当变阻器连入电路中的电阻最大时，可得定值电阻的最大值，据此分析；
（5）①若电流表指针几乎不动，灯不亮，说明电路可能断路；电压表有示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则与电压表并联的灯泡断路了；
（6）根据P=I2R，要测灯的额定功率，测灯正常工作时的电阻是关键，
先使灯正常发光，再利用等效替代法，将灯的电阻转化为测量R1的电阻，根据欧姆定律，据此确定操作步骤．
解答 解：（1）原电路中，电压表被短路了，应并联在电阻的两端，如下所示：
（2）在开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处，即最右端；
（3）研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，电路连接无误后，闭合开关，小明先后将5Ω和10Ω的电阻分别接入电路，移动滑片P进行了二次实验，数据如图乙表格所示．因研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，由欧姆定律，电压表示数U表=I1R1=0.4A×5Ω=2V；
由表中数据知，当电阻为R2=10Ω时，电流为I2=0.2A，
根据串联电路电压的规律，变阻器的电压U滑=U-U表=3V-2V=1V．
变阻器连入电路中的电阻R滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{2}}=\frac{1V}{0.2A}$=5Ω，
小明紧接着再将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后，电路的总电阻R=R3+R滑=20Ω+5Ω=25Ω，故直接读出电流表示数示即为此时的电流大小I=$\frac{U}{R}=\frac{3V}{25Ω}$=0.12A；
（4）由（3）知，定值电阻的电压是变阻器电压的$\frac{2V}{1V}$=2倍，根据分压原理，定值电阻的大小是变阻器阻值的2倍，当变阻器连入电路中的电阻为20Ω时，定值电阻最大值为2×20Ω=40Ω，故除已用的电阻外，小明为了使实验能继续顺利进行，还可以使用的定值电阻有15Ω、30Ω的电阻；
（5）①经分析，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：灯泡断路；
②根据实验数据画出I-U图象，由图乙可知，当灯的电压为2.5V时，通过的电流为0.25A，由此可求出小灯泡正常发光时的功率为P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
（6）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；
根据等效替代法，则小灯泡正常发光的电阻与变阻器R1此时的电阻相同，为测量出此时变阻器R1的电阻，故应将滑动变阻器R2的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I2；根据欧姆定律，变阻器R1的电阻即为灯正常发光时的电阻，即RL=$\frac{U}{{I}_{2}}$，
小灯泡的额定功率P额=I12R灯=I12•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{{{UI}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
故答案为：（1）如上所示；
（2）右；
（3）0.12；
（4）15Ω；30Ω；
（5）①灯泡断路；②0.625；
（6）②将滑动变阻器R2的滑片调到最左端；③$\frac{{{UI}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
点评 本题探究导体的电流跟电阻的关系，考查电路的连接、注意事项、串联电路的规律及欧姆定律的运用、对器材的选择，同时也考查了测功率的实验故障的分析、额定功率的计算及设计实验方案测额定功率的能力及等效替代法的运用，综合性强，难度较大．
| A． | 关闭发动机后向前运动的汽车 | B． | 放在水平桌面上的书 | ||
| C． | 发动汽车使它从静止变成运动 | D． | 降落伞从空中匀速下落 |
| A． | 煤 | B． | 太阳能 | C． | 风能 | D． | 生物质能 |
| A． | 这两个力的大小必须相等 | B． | 这两个力的力臂必须相等 | ||
| C． | 力臂较长的那个力必须小 | D． | 力臂较长的那个力必须较大 |
