Question

13．某小組同學用圖甲的電路圖探究歐姆定律，實驗中他們所用的定值電阻分別是5Ω、10Ω、20Ω，電源電壓為3V不變．

（1）如圖甲所示，是小華所連接的不完整實驗電路，請你補充完整．
（2）閉合開關，移動滑動變阻器的滑片P，發現電壓表、電流表均無示數，原因可能是下列中的哪一種：D（只填選項）
A．定值電阻斷路B．電壓表斷路C．電流表短路   D．滑動變阻器斷路
（3）在探究“導體中的電流跟電阻的關系”時，小華將5Ω的電阻接入電路，電壓表如圖乙所示．后把定值電阻由5Ω換成10Ω，閉合開關后，下一步的操作是：將變阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）移動直至電壓表示數為2V． 若要完成整個實驗，選擇的滑動變阻器的最大阻值至少為10Ω．
（4）上述探究結束后，該組同學選擇原來的電源和兩只燈泡L₁“2.5V 0.3A”和L₂“3.8V 0.3A”，設計的電路如圖丙所示，探究“電功率跟電流、電壓的關系”．
①此實驗設計是為了探究電功率與電壓的關系，通過燈泡亮度判斷來電功率的大小．
②為了探究電功率與電流的關系，小明認為，利用圖丙電路只要通過移動滑動變阻器，改變電流觀察燈L₁或L₂亮度的變化，即可得出結論．請說出小明同學的方案是否合理？并說出你的理由．不合理，通過移動滑動變阻器滑片，改變電流觀察燈L₁或L₂亮度的變化時，電壓與電流同時在改變，未控制電壓一定，．

Answer 1

分析 （1）求出電路中的最大電流確定電流表的量程，把電流表、電阻串聯接入電路，完成電路連接；
（2）根據電路故障現象分析電路故障原因；
（3）探究電流與電阻的關系應控制電阻兩端電壓不變，應用串聯電路特點與歐姆定律，求出滑動變阻器接入電路的最大阻值至少為多少；
（4）燈泡亮度由燈泡實際功率決定，燈泡實際功率越大，燈泡越亮；探究功率與電流的關系，應控制電壓相等而電流不同．

解答 解：（1）因電源電壓為3V，電路中最大電流為I=$\frac{U}{R}=\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，故電流表選用0～0.6A量程，把電流表與電阻串聯接入電路，實物圖如下圖所示：

（2）如果滑動變阻器斷路，全電路斷路，燈泡不亮，電流表與電壓表都沒有示數，故選D．
（3）電壓表量程為0～3V，由圖示電壓表可知，其分度值為0.1V，示數為2V；
在探究“導體中的電流跟電阻的關系”時，應控制電阻兩端電壓不變，把定值電阻由5Ω換成10Ω，閉合開關后，根據分壓原理，定值電阻兩端電壓變大，為保持電阻兩端電壓不變，應增大滑動變阻器分壓，應將變阻器的滑片P向右移動直至電壓表示數為2V為止；
電源電壓為3V，定值電阻兩端電壓為2V，則滑動變阻器兩端電壓為3V-2V=1V，滑動變阻器兩端電壓是電阻兩端電壓是的$\frac{1V}{2V}=\frac{1}{2}$倍，根據分壓原理，滑動變阻器接入電路阻值是定電阻阻值是的$\frac{1}{2}$，電阻最大阻值為20Ω，要完成整個實驗，滑動變阻器接入電路的阻值為$\frac{1}{2}$×20Ω=10Ω，即要完成實驗，選擇的滑動變阻器的最大阻值至少為10Ω；
（4）上述探究結束后，該組同學選擇原來的電源和兩只燈泡L₁“2.5V 0.3A”和L₂“3.8V 0.3A”，設計的電路如圖丙所示，探究“電功率跟電流、電壓的關系”；
①燈泡亮度由燈泡實際功率決定，燈泡實際功率越大，燈泡越亮，可以根據燈泡亮度比較燈泡電功率的大小；
②探究電功率與電流的關系，應控制燈泡兩端電壓相等而電流不同，利用圖丙電路通過移動滑動變阻器，改變電流觀察燈L₁或L₂亮度的變化時，電壓與電流同時在改變，未控制電壓一定，小明的方案不可行．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）D；
（3）右； 2；10；
（4）燈泡亮度；不合理，通過移動滑動變阻器滑片，改變電流觀察燈L₁或L₂亮度的變化時，電壓與電流同時在改變，未控制電壓一定．

點評 本題探究歐姆定律，考查電路的連接、故障的分析、操作的過程、對器材 的要求、控制變量法的運用及探究電功率與電壓、電壓的關系，綜合性較強．