Question

15．在学习电学时，小夏利用如图甲所示的电路图，做了不少实验，其中电阻R可选用阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻．
（1）在做“探究电流与电阻的关系”的实验时，小夏先把10Ω的电阻连入电路，闭合开关，把电流表的读数填在表格中，然后把10Ω电阻分别换成20Ω、30Ω电阻，将相应的电流值记录到表格中

电阻R/Ω	10	20	30
电流I/A	0.3	0.2	0.15

小夏的错误做法是未保持定值电阻两端电压不变
（2）在做“伏安法”测电阻的实验时，小夏测得的结果如下表，由此可以判断，小夏同学选用的定值电阻的阻值为10Ω．

实验序号	电压表示数/V	电流表示数/A
1	1.5	0.16
2	2.5	0.25
3	3.5	0.34

（3）在做“测量小灯泡额定功率”的实验时，小夏用额定电压为2.5V．电阻约10欧的小灯泡代替电路图甲中的电阻R．
①请根据你设计的实验电路图将图乙中的实物电路连接完整（导线不允许交叉）
②正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表、电流表都有示数，造成这种现象的原因可能是滑动变阻器接入电路电阻太大．
③某次实验，电压表示数如图丙所示，欲使小灯泡正常发光，则实物连接图中滑动变阻器的滑片应向左（填“左”或“右”）端滑动．
④整好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器，正确进行实验操作，测量数据如下表所示．

实验次数	1	2	3	4	5	6	7	8
发光情况	最明亮	明亮	亮	较亮	较暗	微光	熄灭	熄灭
电压U/V	3.0	2.5	2.1	1.7	1.3	0.9	0.5	0.1
电流I/A	0.30	0.28	0.26	0.24	0.21	0.19	0.16	0.05

通过分析实验数据和计算可知：小灯泡的额定功率为0.7W；通过小灯泡的电流与其两端电压不成正比，造成这种现象的原因是灯丝的电阻随温度的升高而增大，在第7、8两次实验中，灯泡熄灭的原因是灯泡的实际功率太小．

Answer 1

分析 （1）探究电流与电阻的关系时，需保持定值电阻两端电压不变，因此把10Ω的电阻分别换成20Ω和30Ω的电阻时，需保持定值电阻两端电压不变；
（2）利用表中数据，通过欧姆定律的变形公式可计算电阻的大小；
（3）①根据欧姆定律求出小灯泡正常发光时的电流，由此判定电流表的量程；滑动变阻器与电流表、灯泡串联接入电路中；
②灯泡的亮度是由实际功率决定的；
③灯在额定电压下的功率为额定功率；根据电压表小量程读数；根据分压原理确定滑片的移动方向；
④根据图象读出当灯泡两端为额定电压时通过灯泡的电流，然后根据P=UI求出灯泡的额定功率；灯丝的电阻随温度的升高而增大；根据表中数据可知电流表、电压表都有示数，说明电路中没有断路，小灯泡不亮的原因是电路中电流太小，小灯泡的实际功率太小．

解答 解：（1）探究电流与电阻的关系时，需保持定值电阻两端电压不变，因此把10Ω的电阻分别换成20Ω和30Ω的电阻时，需保持定值电阻两端电压不变；而小夏没有保持定值电阻两端电压不变；
（2）由表中数据，根据欧姆定律R=$\frac{U}{I}$得3次实验电阻的值分别为：9.38Ω、10.00Ω、10.29Ω，为减小误差提高测量的准确程度，取3次测量的平均值作为测量的结果R_平均=$\frac{9.38Ω+10.00Ω+10.29Ω}{3}$≈10Ω；
（3）①小灯泡正常发光时的电流为：I=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，故电流表的量程为0-0.6A；滑动变阻器与电流表、灯泡串联接入电路中，滑动变阻器采用一上一下的接法，由电路图可知，滑片向右移动时电阻变大，如图所示：
；
②正确连接电路后，闭合开关，电压表、电流表都有示数，小灯泡不亮，说明小灯泡的实际功率较小，达不到发光的亮度，造成这种现象的原因是滑动变阻器阻值较大；
③灯在额定电压下的功率为额定功率，所以，为了测量小灯泡的额定功率，应调节滑片使电压表的示数为2.5V；电压表小量程的分度值为0.1V，示数为2.1V，应增加灯的电压，减小变阻器的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，所以滑片向左移动；
④根据表中数据可知，当灯泡两端电压为2.5V时，通过灯泡的电流为0.28A，则灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.28A=0.7W；
因为灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以小灯泡的电流与其两端的电压不成正比；
根据表中数据可知，第7、8两次实验中通过灯泡的电流和灯泡两端的电压都很小，从而导致灯泡的实际功率很小，即几乎不发光．
故答案为：（1）未保持定值电阻两端电压不变；（2）10；（3）①如图；②滑动变阻器接入电路电阻太大；③左；④0.7；灯丝的电阻随温度的升高而增大；灯泡的实际功率太小．

点评 本题考查了实物图的连接、电表量程的选择和正确的使用、数据分析、功率的计算、灯丝电阻与温度的关系以及控制变量法的应用．