Question

7．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，請你用筆畫線代替導線，將缺少的導線連接好成完整電路．
（2）小華將電路接好后，閉合開關，發現電壓表與電流表的示數太大．接下來應進行的操作是C（填寫字母代號）．
A．更換電池或電阻     B．檢查電路是否短路     C．斷開開關，移動滑動變阻器滑片至最大阻值位置
（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．則小明同學的方案不合理（選填“合理”或“不合理”），理由：小明方案中電壓與電流同時在改變，未控制電壓一定．

Answer 1

分析 （1）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，然后選擇滑動變阻器；
（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）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，實物電路圖如圖所示：

（2）閉合開關，發現電壓表與電流表的示數太大，說明電路電阻太小，可能是滑動變阻器接入電路的阻值太小造成的，應斷開開關，移動滑動變阻器滑片至最大值位置，故選C；
（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，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，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，由題意可知，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，串聯電路電流相等，電阻兩端電壓與電阻阻值成正比，電阻兩端電壓是滑動變阻器兩端電壓的2倍，電阻阻值是滑動變阻器接入電路阻值的2倍，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最大阻值為10Ω，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亮度的變化時，電壓與電流同時在改變，未控制電壓一定，小明的方案不合理．
故答案為：（1）如上圖；（2）C；（3）右； 2；10；（4）①燈泡亮度； ②不合理，；小明方案中電壓與電流同時在改變，未控制電壓一定．

點評 本題考查了連接實物電路圖、電路現象分析、滑動變阻器的調節、電表讀數、實驗評價等問題，探究電流與電阻關系實驗要應用控制變量法，應用控制變量法是正確解題的關鍵．