Question

19．某小组同学用图甲的电路图探究欧姆定律，实验中他们所用的定值电阻分别是5Ω、10Ω、15Ω，电源电压为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．
（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（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）上述探究结束后，该组同学选择原来的电源和两只灯泡L₁“2.5V 0.3A”和L₂“3.8V 0.3A”，设计的电路如图丙所示，探究“电功率跟电流、电压的关系”．
①此实验设计是为了探究电功率与电压的关系，通过灯的亮度判断来电功率的大小．
②为了探究电功率与电流的关系，小明认为，利用图丙电路只要通过移动滑动变阻器，改变电流观察灯L₁或L₂亮度的变化，即可得出结论．你认为小明做法不合理（选填“合理”或“不合理”），理由是没有保证灯泡的电压不变．

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；
（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）灯泡的亮暗与灯泡的发光功率有关；
要探究电功率和电流的关系，需保持灯泡两端的电压不变．

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；
（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实验中通过灯泡的亮暗来判断灯泡电功率的大小；
②探究电功率与电流的关系，需保持灯泡两端的电压不变，当移动滑动变阻器的滑片时，滑动变阻器的阻值改变，灯两端的电压也改变，所以不能探究电功率与电流的关系．
故答案为：（1）2.8；（2）右；使电阻两端的电压保持不变；7.5；（3）①灯的亮度；②不合理；没有保证灯泡的电压不变．

点评 此题是探究导体中的电流和电压、电阻的关系，考查了电压表的读数，注意控制变量法及转换法在实验中的应用，其中计算滑动变阻器的最大电阻应是本实验的难点．