Question

6．小张同学在测量小灯泡正常发光时的电阻的实验中，选用的电源电压为4.5V，小灯泡正常发光的电压为2.5V．如图甲所示是已连接完整的实验电路．

（1）连接实验电路的过程中开关应断开．
（2）闭合开关后，缓慢移动滑动变阻器的滑片P，同时观察电压表（选填“电压表”或“电流表”）示数的变化，当电压表的示数如图乙所示时，其读数为2.1V；若要测得小灯泡正常发光时的电阻，滑片P应向左（选填“左”或“右”）端移动．
（3）另一组的小杜同学在连线时，不小心将线接错了，当开关闭合后，移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数变大时，电压表示数却变小，请分析产生这个现象的原因是电压表与滑动变阻器并联了．
（4）电路正常后，改变滑片P的位置，获得多组对应的电压、电流值，绘制了如图丙所示的I-U图象．由图象可知，小灯泡正常发光时的电阻约为8.3Ω（保留一位小数）．
（5）接着，小杜换用另一未知电压的新电源和一些定值电阻（替换小灯）利用图甲同样的电路又做了几次实验，保持滑动变阻器滑片在某一位置不变，记录了以下数据，有了新的发现：可以将电压表改成直接读出电阻值的欧姆表，请你帮他刻出5.0V处标为50Ω．

次数	1	2	3	4	5
电阻R（Ω）	5	10	15	20
电压U（V）	2.0	3.0	3.6	4.0	5.0

（6）小涛同学在实验中通过调节滑动变阻器，还测出了通过同一定值电阻的不同电流值和对应的电压值，如下表所示：

U/（V）	0.5	0.8	1.1	1.4	1.7	2.0
I/（A）	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6

小涛发现电流与电压不成正比，请你分析表中数据，判断其原因是电压表使用前没有校零．

Answer 1

分析 （1）为了防止短路的发生，在连接和拆除电路时，开关应是断开的；
（2）要测量小灯泡正常发光时的电阻，需使小灯泡两端的电压等于额定电压；
确定电压表的量程后读出电压表的数值，根据串联电路分压的知识或欧姆定律判断滑动变阻器阻值的变化，得出滑片移动的方向；
（3）伏安法测电阻的实验中，电压表应与被测电阻并联，当滑动变阻器接入电路的阻值减小时，电路电流变大，被测电阻两端电压变大，
滑动变阻器两端电压减小，电流表与电压表示数变大，如果电压表与滑动变阻器并联则电流表示数增大时，电压表示数减小，据此分析答题；
（4）根据图象确定额定电压下的电流，根据公式R=$\frac{U}{I}$计算出电阻的阻值；
（5）根据电源电压和滑动变阻器的阻值不变结合欧姆定律及串联电路的电流、电压特点得出5.0V时的电阻值；
（6）分析数据后发现，表格中电压值都减去0.2V时，电流值与电压值成正比．

解答 解：（1）在连接电路的过程中，防止短路故障而烧坏元件，所以开关应该始终是断开的．
（2）闭合开关后，缓慢移动滑动变阻器的滑片P，同时观察电压表示数的变化；
由图乙知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，电压表示数为2.1V，即灯泡两端的电压为2.1V；
要使灯泡两端电压由2.1增大到2.5V，滑动变阻器连入电路的电阻应减小，所以滑片P应向左端移动．
（3）闭合开关移动滑片，电流表示数增大，说明电路电阻减小，
因串联电路中导体两端电压与其阻值成正比，电压表示数减小，说明与电压表并联的电阻减小了，
所以原因是电压表并联在滑动变阻器两端了．
（4）由图象可知，当小灯泡正常发光时的电压U=2.5V，
由图象可知对应的电流I=0.3A；
由I=$\frac{U}{R}$得，小灯泡正常发光时的电阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω；
（5）由表格中1、2数据，根据串联分压特点可得，
$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{2.0V}{5Ω}$=$\frac{U-2.0V}{{R}_{滑}}$------①
$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-{U}_{2}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{3.0V}{10Ω}$=$\frac{U-3.0V}{{R}_{滑}}$------②
联立①②解得：U=6.0V，R_滑=10Ω，
当电压表示数U₅=5.0V时，
此时滑动变阻器两端的电压U_滑=U-U₅=6.0V-5.0V=1.0V，
电路中的电流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1.0V}{10Ω}$=0.1A，
由I=$\frac{U}{R}$得，第5次定值电阻的阻值：
R₅=$\frac{{U}_{5}}{I}$=$\frac{5.0V}{0.1A}$=50Ω．
（6）分析表格中数据可知：电压值都去掉0.2V时，电流与电压成正比，所以可能的原因是电压表使用前没有校零．
故答案为：（1）断开；
（2）电压表；2.1；左；
（3）电压表与滑动变阻器并联了；
（4）8.3；
（5）50；
（6）电压表使用前没有校零．

点评 本题考查了电路连接过程中的注意事项、滑动变阻器的使用、电压表的使用及读数、电路故障的判断、电阻的计算等知识，涉及到的知识点较多，其中第（5）问主要根据串联分压的特点及欧姆定律进行解答，难度较大，一定要注意掌握．