Question

2．（在探究电流与电阻关系的实验中，提供的实验器材有：三只阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻、电源（电压6V且保持不变）、电流表、电压表、滑动变阻器、开关各一个，导线若干．

（1）请用笔画线代替导线，在图甲中把电路连接完整，且连线时导线不能交叉．
（2）实验中将10Ω电阻换成20Ω电阻后，应将滑动变阻器的滑片P向左（选填“左”或“右”）端移动．正确操作后，记下电流表的示数，得到电流I随电阻R变化的图象如图乙所示，由图象可得出的结论是在电压不变的情况下，电流与电阻成反比．
（3）若电流表损坏，请你利用余下实验器材，测量一个额定电压为2.5V灯泡的额定功率，并把如下实验步骤补充完整．
①在原实验电路中，断开开关S，拆去电流表，用小灯泡替换定值电阻R₀，重新连接好电路，并移动滑片P至最B（选填“左”或“右”）端．
②闭合开关S，移动滑片P，直至电压表的示数为2.5V时，小灯泡正常发光．
③保持滑片P的位置不变，断开开关S，用定值电阻R₀代替小灯泡；闭合开关S，读出电压表的示数U．
④小灯泡的额定功率的表达式P_额=$\frac{1W×U}{4.5V-U}$．（用R₀和U表示）

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器应串联接入电路中，采用一上一下的接法；
（2）如果将5Ω的电阻换成10Ω的电阻后，运用控制变量法可知，研究电流与电阻的关系，需控制电压为定值；根据图象得出结论．
（3）根据题意完成实验步骤，用定值电阻替代灯泡，然后应用串联电路特点、欧姆定律计算滑动变阻器此时连入的阻值，再根据电功率公式分析答题．

解答 解：（1）滑动变阻器应串联接入电路中，采用一上一下的接法，如图：
；
（2）如果将10Ω的电阻换成20Ω的电阻后，电路中的电阻变大，根据串分压的知识可知电压表的示数会变大，此时应增大滑动变阻器的阻值，将滑片向左端滑动，保持定值电阻两端的电压不变；
由图可知，在电压不变的情况下，电流与电阻成反比；
（3）））①断开开关S，拆去电流表，用小灯泡替换定值电阻，重新连接好电路，并移动滑片P至最大值B端；
②闭合开关S，移动滑片P，直至电压表的示数为灯泡额定电压2.5V时，小灯泡正常发光；
③保持滑片P的位置不变，断开开关，用定值电阻替换小灯泡，闭合开关，读出电压表的示数U；
④由图丙所示图象可知，当定值电阻两端电压为2V时，通过的电流为0.4A，所以定值定值阻值：R=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω，
则定值电阻替代灯泡后，电路中电流I=$\frac{U}{5Ω}$，
滑动变阻器接入电路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-U}{\frac{U}{5Ω}}$，
灯泡正常发光时电流中电流：I_额=I_滑=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$=$\frac{\frac{2V}{4.5V-U}}{\frac{U}{5Ω}}$=$\frac{2V×U}{（4.5V-U）×5Ω}$，
小灯泡的额定功率的表达式P_额=U_LI=2.5$\frac{2V×U}{（4.5V-U）×5Ω}$=$\frac{1W×U}{4.5V-U}$．
故答案为：（1）如图；（2）左；在电压不变的情况下，电流与电阻成反比；（3））①B；②2.5；③$\frac{1W×U}{4.5V-U}$．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验注意事项、实验数据处理等，；难点是第（3）问，要能根据串联电路特点，灵活运用欧姆定律计算出灯泡正常发光的电流是关键．