Question

【題目】小玉在探究“電流與電阻的關系”的實驗中，利用電壓恒為6V的電源設計如圖甲所示的電路。

（1）小玉將滑動變阻器的滑片移到最右端后，閉合開關S，電壓表的指針______（選填“幾乎不動”或“偏轉很大”）。電流表的示數如圖乙所示為_____A，則滑動變阻器最大電阻為_____Ω．請你在連接錯誤的一條導線上畫“×”，并用筆畫線代替導線將電路連接正確___________。

（2）小玉分別把5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的四個定值電阻接入電路進行實驗，為了完成這四次實驗，應控制定值電阻兩端電壓至少為_____V。

（3）小玉用額定電壓為2.5V的小燈泡替換定值電阻R，利用原有電路，測量小燈泡的電阻。實驗時，她調節滑動變阻器的滑片到某一位置時，電壓表的示數為2V，為使小燈泡正常發光，她應該向_____（選填“左”或“右”）調節滑動變阻器的滑片。依據測量的數據，小玉繪制出如圖丙所示的圖象，她發現電流與電壓不成正比，說明小燈泡燈絲的電阻隨_____的變化而改變。根據丙圖還可以求出小燈泡的額定功率_____W。

（4）完成上面實驗后，小玉又想測量額定電壓為U額的小燈泡的額定功率，利用一個電壓未知的電源和阻值為R0的定值電阻，設計了如圖丁所示的電路。請完成下列實驗步驟。

①閉合開關S1，開關S2接a接線柱，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數為_____；

②閉合開關S1，開關S2接b接線柱，滑動變阻器的滑片_____（選填“向左移動”、“向右移動或“保持不動”），讀出電壓表示數為U1；再將開關S2接c接線柱，讀出電壓表的示數為U2；

③小燈泡額定功率的表達式P額=________。

Answer 1

【答案】幾乎不動0.2302.4左溫度1.25U額保持不動U額×

【解析】

（1）由圖甲知道，定值電阻只接了一邊，電壓表沒有被接入電路，所以，閉合開關S，電壓表的指針幾乎不動，示數為零；由圖乙知道，電流表的量程為0-0.6A，分度值為0.02A，所以，電流表示數是0.2A；此時滑動變阻器的滑片移到最右端，接入的電阻最大，由歐姆定律知道，滑動變阻器的最大電阻是：R滑=U/I=6V/0.2A=30Ω；根據題意，將電阻串聯在電路中，電壓表并聯在電阻的兩端，電路改正如下：

（2）根據題意知道，變阻器與定值電阻串聯，電壓表測量定值電阻的電壓，設電壓表示數為UV ，由串聯分壓規律知道，，因為要探究電流與電阻的關系，所以UV要保持不變，即R滑/R定值的比值保持不變；所以，當定值電阻取最大時，變阻器連入電路中的電阻也最大，此時滿足，解得UV=2.4V，即應控制定值電阻兩端電壓至少為2.4V；

（3）用小燈泡替換定值電阻后，由于電壓表的示數為2V，小于燈的額定電壓2.5V，所以應增大燈的電壓，由串聯電路電壓的規律知道，應減小變阻器的電壓，即應減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以，滑片向右移動，直到電壓表示數為額定電壓；

由圖乙知道，隨燈泡電壓增大，通過燈泡的電流增大，由歐姆定律R=U/I知道，燈泡的電阻變大；由P=UI知道燈泡實際功率增大，燈泡溫度升高，由此說明燈泡電阻隨燈泡溫度升高而增大；

由圖丙知道，燈泡正常發光時的電壓是2.5V，此時電流是0.5A，所以燈泡的額定功率是：PL =UL IL =2.5V×0.5A=1.25W；

（4）根據題意結合電路圖，設計實驗步驟如下：

①閉合開關S1 ，開關S2 接a接線柱，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數為U額 ；

②閉合開關S1 ，開關S2 接b接線柱，滑動變阻器的滑片保持不動，讀出電壓表示數為U1 ；再將開關S2 接c接線柱，讀出電壓表的示數為U2；

③在開關的轉換過程中，電路的連接沒有改變，滑動變阻器滑片位置不變，各用電器的電阻、電壓不變，燈仍正常發光，在第2次操作中，用電壓表測出燈與滑動變阻器的電壓為U1，用電壓表測出燈與滑動變阻器的電壓、定值電阻兩端的電壓為U2，由串聯電路電壓的規律知道，R0 的電壓是：UR0 =U2 -U1，由歐姆定律知道，通過定值電阻的電流是：IR0 =（U2U1）/R0，由串聯電路電流的規律即為燈正常發光時的電流大小，所以，燈泡額定功率是：P=U額IR0 =U額×（U2U1）/R0