题目内容

10.探究通过导体的电流与电压、电阻的关系实验.

(1)如图甲所示,用笔画线代替导线,将实验电路连接完整,使滑动变阻器接入电路的阻值最大;
(2)小明正确、规范完成连接后,闭合开关,将滑动变阻器滑片从一端调节到另一端,并得到多组电流、电压值(如表格),当电流表示数为0.5A时电压表示数如图乙所示,其值为2.5V.根据表格数据分析可得出结论:在电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比;
实验次数12345
电压U/V1.01.52.03.0
电流I/A0.20.30.40.50.6
(3)小明进一步分析表格中数据很快求出了电源电压为3V,滑动变阻器最大阻值为10Ω;
(4)小明将原电路中滑动变阻器换成标有“20Ω 2A”另一滑动变阻器,继续探究电流与电阻关系,实验中始终保持电压表示数为2V,则所选用的定值电阻阻值不能超过40Ω;
(5)将图甲电路中定值电阻换成额定电压为2.5V的小灯泡,进行多次实验后画出了灯泡的U-I图象如图丙所示,则该灯泡的额定功率为0.625W;若把这样的两只相同的灯泡串联起来接到电压为3V的电源两端,则两灯消耗的总功率为0.6W.

分析 (1)要使滑动变阻器接入电路的电阻最大,就要使电流走过的电阻丝的长度最长,由此入手得到答案;
(2)电压表读数时,首先要确定量程,认清分度值,然后去读数;根据控制变量法分析表中电流与电压的变化关系即可得出结论;
(3)根据滑动变阻器接入电路的阻值为零可知电源电压全部加在电阻两端,结合表中数据可知电源电压;然后利用串联电路电压特点和欧姆定律的变形公式求出滑动变阻器最大阻值;
(4)根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压,然后利用欧姆定律求出电路中的最小电流,进而算出计算出所选用的定值电阻的最大电阻值;
(5)由图象读出额定电压下对应的电流值,利用P=UI求出小灯泡的额定功率;根据串联分压特点和图象可知电路中的电流,然后根据P=UI求出两灯消耗的总功率.

解答 解:(1)因为滑片P位于滑动变阻器的最右端,要使滑动变阻器接入电路的电阻最大,则需要连接左下角的接线柱,如下图所示:

(2)由图可知,电压表选用的量程为0~3V,分度值为0.1V,由指针位置可知电压表的示数为2.5V.
分析表中的实验数据可知,导体的电阻不变,导体两端电压增大几倍,相应的电流增大几倍,
可得出结论:在电阻一定时,导体中的电流与电压成正比.
(3)因为当滑片在左端时,滑动变阻器接入电路的阻值为零,电路总电阻最小,电源电压不变,
由欧姆定律可知,电路电流最大,则电流表和电压表示数都为最大,
电阻两端的电压即为电源电压,所以电源电压为表格中最大的电压值,即为3V;
当滑片在右端时,滑动变阻器和电阻串联电路,电路总电阻最大,因电源电压不变,
由欧姆定律可知,电路电流最小,则电流表和电压表示数都为最小.
由表格数据可知:I最小=0.2A,U最小=1V,
由串联电路电压特点可得:U滑=U-U最小=3V-1V=2V,
由欧姆定律可得:R滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{最小}}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω.
(4)由题意可知,电阻R的最大阻值,此时电阻与滑动变阻器串联,
则滑动变阻器的电压:U滑=U-U定=3V-2V=1V,
电路中最小电流:I最小′=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1V}{20Ω}$=0.05A,
此时所选用的定值电阻最大阻值:
R最大=$\frac{{U}_{定}}{{I}_{最小}^{′}}$=$\frac{2V}{0.05A}$=40Ω,
故所选用的定值电阻阻值不能超过40Ω.
(5)由图象可知电压为2.5V时,通过灯泡的电流为0.25A,
则该灯泡的额定功率:P=UI=2.5V×0.25A=0.625W;
当两个同样灯泡串联时接到电压为3V的电源两端,每个灯泡电压为1.5V,
由图象可知电压为1.5V时,通过灯泡的电流为0.2A,
则两灯消耗的总功率:P=UI=3V×0.2A=0.6W.
故答案为:(1)如上图所示;
(2)2.5;在电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比;
(3)3;10;
(4)40;
(5)0.625;0.6.

点评 本题考查了连接实物电路图、实验数据分析、电压表读数、滑动变阻器的使用、电阻及电功率的计算等问题,所涉及的知识点较多,综合性强,是中考电学实验中较为重要的实验,一定要掌握;对电表读数时,要先确定量程与分度值.

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