Question

15．在探究“通過定值電阻的電流與其兩端電壓關系”的實驗過程中，小輝連接了如圖1所 示的部分實驗電路．其中電源為三節新干電池，定值電阻R為10Ω．

（1）請你在圖1中，用筆畫線代替導線把圖中的電路連接完整，并在圖2虛線框內畫出相應的電路圖（要求：連接實物圖時，滑動變阻器的滑片向右滑動電壓表示數變小）；
（2）連接電路時，電路中各元件良好，某實驗小組的同學在連接好最后一根線后，發現電流表、電壓表指針均發生偏轉，且示數較大，其原因可能是
①連接電路時開關未斷開；②滑動變阻器的滑片沒有滑到阻值最大處；
（3）實驗中，小輝需要按計劃測量定值電阻R兩端電壓分別為1V、2V和3V時所對應的電流值，他選擇的滑動變阻器的最大阻值應不小于35Ω；
（4）經過實驗，最后小輝畫出了 I與U的關系圖象，如圖3所示．由圖象可以得出的結論是：電阻不變時，通過導體的電流與其兩端電壓成正比．
（5）實驗中小輝還想用這個電路測量小燈泡的額定功率，于是他將電阻R換成一只額定電壓是 2.5V的小燈泡，閉合開關S后，調節滑動變阻器，當電壓表的示數為2.5V時，電流表示數如圖4所示，電流大小為0.3A，則小燈泡的額定電功率為0.75W．

Answer 1

分析 （1）根據電路圖連接實物圖，連接滑動變阻器時，要“一上一下”的原則，當滑動變阻器的滑片向右移動時電壓表示數變小說明接入電路的電阻變小，即左下方接線柱必須接入電路中．采用“電流流向法”畫出電路圖；
（2）為保護電路，在閉合開關前，應將滑動變阻器的滑片移至最大阻值處；根據實驗現象與實驗注意事項分析答題．
（3）滑動變阻器與電阻R₁串聯，電源電壓一定，由串聯電路特點知，滑動變阻器電壓越大，電阻兩端電壓越小，電壓表示數越小；使R兩端電壓達到1V時滑動變阻器連入電路的阻值最大，由歐姆定律及串聯電路特點求出滑動變阻器全部接入電路時滑動變阻器最大阻值．
（4）根據表中實驗數據得出實驗結論．
（5）由圖示電流表讀出其示數，然后由P=UI求出燈泡功率．

解答 解：（1）電壓表并聯在定值電阻的兩端，由于滑動變阻器的滑片向右移動時電壓表示數變小，根據I=$\frac{U}{R}$可知電路中的電流變小，則說明接入電路的電阻變大，即左下方接線柱必須接入電路中．如圖：

采用“電流流向法”，電路圖如下：

（2）連接好最后一根導線后，發現電流表指針立即發生偏轉，且示數較大，說明電路是通路，且電路中的電流比較大，若電路中的各元件良好，且連線正確，則操作不當之處：①連接電路時沒有斷開開關；②滑動變阻器的滑片沒有置于阻值最大處；
（3）由題意知，電源為三節新干電池則電源電壓為1.5V×3=4.5V，定值電阻R兩端電壓為1V時滑動變阻器的最大阻值，則此時電路中的電流為I=$\frac{{U}_{1}}{R}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，
根據串聯電路的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和可得：
U_滑=U-U₁=4.5V-1V=3.5V，
則由I=$\frac{U}{R}$得：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω；
（4）由圖象可知：I-U圖象是一條正比例函數圖象，所以可以得結論是：電阻不變時，通過導體的電流與其兩端電壓成正比；
（5）由圖示電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.3A，
燈泡額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
故答案為：（（1）如上圖； （2）①連接電路時開關未斷開； ②滑動變阻器的滑片沒有滑到阻值最大處；
（3）35；（4）電阻不變時，通過導體的電流與其兩端電壓成正比；（5）0.3； 0.75．

點評 本題是一道電學綜合實驗題，涉及的知識點較多，是實驗的常考問題，一定要掌握；本實驗應用控制變量法，探究電流與電壓關系實驗，要保持電阻阻值不變，這是解題的關鍵．