Question

18．甲、乙兩小組探究“電流與電壓和電阻的關系”．實驗室提供的實驗器材有：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一個，開關一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動變阻器（規格分別為“20Ω　2A”“50Ω　1A”），小燈泡一只（額定電壓為2.5V），導線若干．
（1）甲小組探究“電流與電壓的關系”．
①請你根據圖甲的電路圖用筆畫線代替導線將圖乙中的實物電路連接完整．
②他們將5Ω的電阻接入電路，檢查無誤后閉合開關，發現電壓表無示數，電流表有示數，造成這一現象的原因可能是定值電阻短路（或電壓表短路、或電壓表斷路）（寫出一條即可）．
③排除故障后進行實驗得到的數據如表，由此可得到的實驗結論是電阻一定時，電流與電壓成正比．

電壓U/V	1.0	1.5	3.0
電流I/A	0.2	0.3	0.6

（2）乙小組探究“電流與電阻的關系”．
①將5Ω的電阻接入電路，檢查無誤后閉合開關，移動滑片，使電壓表的示數為1.5V，并記下相應的電流值．再用10Ω的電阻替代5Ω的電阻，此時滑片應向右（填“左”或“右”）端移動直到電壓表的示數為1.5V，讀出電流表的示數．
②為了完成用四個定值電阻進行實驗，應選擇滑動變阻器的規格是50Ω1A．
③他們用小燈泡替換定值電阻，移動滑片，使小燈泡正常發光，電流表示數如圖丙所示，則小燈泡的額定功率是0.85W．

Answer 1

分析 （1）①按照圖甲的電路圖，將圖乙中還未連入的電壓表和滑動變阻器接入電路，電壓表應并聯到定值電阻兩端，滑動變阻器按照“一上一下”連入電路．由此連接電路；
②電流表有示數，表明電流表所在電路接通；電壓表無示數表明電阻短路，或電壓表斷路，或電壓表短路；
③探究“電流與電壓的關系”，需要保持電阻不變，分析表中電流與電壓的關系即可得出結論；
（2）①要探究電流和電阻之間關系，必須保持電阻兩端的電壓不變；當電阻的阻值變化時，其分擔的電壓也變化，因此通過調節滑動變阻器使其兩端的電壓不變，即讓電壓表示數保持不變；
②先利用歐姆定律求出最大定值電阻接入電路時的電流，然后由串聯電路特點及歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，進而選擇合適的滑動變阻器；
③確定電流表選擇的量程和分度值，讀出示數，根據P=UI計算出額定功率．

解答 解：（1）①把定值電阻、滑動變阻器串聯接入電路，電壓表并聯在電阻兩端，注意滑動變阻器已接了左下角的接線柱，所以應將其上面的任意一個接線柱接入電路中，如圖所示：

②電流表有示數，表明電路接通；電壓表無示數表明定值電阻短路，電壓表相當于和一段導線并聯，故無示數；或者電壓表斷路（或電壓表短路）．
③分析表格數據可知，電阻不變，電壓增大為原來的幾倍，電流也增大為原來的幾倍，即電流與電壓成正比，可得：電阻一定時，電流與電壓成正比．
（2）①用10Ω的電阻替代5Ω的電阻，定值電阻分壓變大，大于原來的電壓，為保持定值電阻兩端電壓不變（應使定值電阻兩端電壓減小到原來的1.5V），應增大滑動變阻器的分壓，應增大滑動變阻器接入電路的阻值，由電路圖可知，應向右移動滑動變阻器滑片，保持定值電阻兩端電壓一定．
②由圖可知，定值電阻和滑動變阻器串聯，電壓表測定值電阻兩端的電壓，電流表測電路中的電流；根據串聯分壓的知識分析可知，當定值電阻的阻值最大時，滑動變阻器接入電路的阻值也最大；
當定值電阻R=20Ω時，電壓表示數U=1.5V，
此時電路中的電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，
根據串聯電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端電壓之和，
則滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U₀-U=4.5V-1.5V=3V，
根據串聯電路中各處電流都相等，則通過滑動變阻器的電流I_滑=I=0.075A，
由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$得，滑動變阻器接入電路的阻值應為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{滑}}$=$\frac{3V}{0.075A}$=40Ω＞20Ω，
故為了完成用四個定值電阻進行實驗，應選擇滑動變阻器的規格是“50Ω 1A”．
③當小燈泡正常發光時，其兩端的電壓U_額=2.5V，
電流表選擇0～0.6A量程，分度值為0.02A，示數為0.34A，即I_額=0.34A，
則小燈泡的額定功率：P_額=UI=2.5V×0.34A=0.85W．
故答案為：（1）①見上圖；②定值電阻短路（或電壓表短路、或電壓表斷路）；③電阻一定時，電流與電壓成正比；
（2）①右；1.5；②“50Ω  1A”；③0.85．

點評 此題為探究“電流與電壓和電阻的關系”實驗，考查學生對電路的連接、電路故障的分析、數據分析能力、串聯電路的分壓特點等知識掌握，滑動變阻器的選擇是本題的難點，知道實驗過程中應控制定值電阻兩端的電壓不變，分析清楚電路結構、認真分析實驗數據是正確解題的基礎與關鍵．本題綜合性很強，難度較大，是中考常見題型．