Question

6．在研究“導體電流與電阻關系”的實驗中，同學們利用了阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω的定值電阻和變阻器進行了探究，變阻器規格是“10Ω1A”，電源電壓3V并保持不變．
（1）根據連接的實驗電路1可知，電表甲應是電壓表．
（2）閉合開關前，應進行的操作應該是將滑動變阻器阻值調到最大．
（3）正確連線后，閉合開關時發現，無論怎樣移動滑片電流表指針幾乎不動，電壓表示數接近3V，原因可能是定值電阻斷路．
（4）先接入15Ω的電阻，調節滑片時電壓表示數為2V，觀察到電流表示數為0.13A，并記錄到表格中；用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，應將滑片向右端（選填“左”或“右”）移動，才能使電壓表示數為2V，并記錄下電流表示數為0.2A；用5Ω電阻代替10Ω電阻接入電路，正確操作后，電流表示數為0.4A．
（5）分析三次的實驗數據，可得出電流與電阻的關系是電壓一定時，電流與電阻成反比．
（6）若詩同學繼續探究：他用了30Ω的定值電阻代替原來的電阻實驗，為了使實驗能順利進行，要換用更大的變阻器，則換用的變阻器的最大阻值最少為15Ω．
（7）實驗結束后小明發現實驗室有一個燈泡L標有“X V  0.3A”字樣，其中額定電壓看不清，小明設計出了利用已知電阻R₀、滑動變阻器、電流表、開關等測出小燈泡額定功率的電路，如圖2所示．請根據電路圖寫出測量的實驗步驟：①閉合S₁斷開S₂調節滑動變阻器使電流表示數為0.3A；②閉合S₂斷開S₁讀出電流表示數I；額定功率表達式P_額=0.3A（I-0.3A）R₀．

Answer 1

分析 （1）根據電壓表與電流表在電路中的接法判斷：電壓表并聯在被測電路元件兩端；電流表串聯在被測電路中；
（2）閉合開關前，滑動變阻器的滑片在阻值最大處；
（3）閉合開關時發現電流表無示數，則電路斷路，電壓表有示數，則與電阻并聯的電路斷路；
（4）研究導體電流與電阻關系中要保持R兩端電壓不變，由此分析10Ω電阻代替15Ω電阻后滑片的移動方向；
（5）根據三次實驗中電流與對應電阻關系分析得出結論；
（6）根據串分壓的知識，若電阻增大，分得的電壓將變大，要減小電阻兩端的電壓，需增大滑動變阻器的阻值．
（7）在沒有電壓表的情況下，利用定值電阻和電流表代替電壓表與燈泡串聯，首先使電流表示數為0.3A，然后測出燈泡和定值電阻的總電流，根據P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）由電路圖知：甲表并聯在待測電阻兩端，是電壓表；
（2）為了保護電路，閉合開關前，滑動變阻器的滑片在阻值最大處；
（3）閉合開關時，電流表無示數，則電路斷路，電壓表有示數，則與電壓表并聯的電阻斷路；
（4）因為導體電流與電阻關系中要保持R兩端電壓不變，當用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，總電阻減小，根據歐姆定律可知電路中電流變大，滑動變阻器分得的電壓變大，電阻分得的電壓減小，所以應調節滑片向右移動，減小滑動變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數保持不變；
（5）三次實驗電阻分別為15Ω、10Ω、5Ω，三次通過的電流分別是0.2A、0.3A、0.6A．每次的電流與電阻和乘積相等，由此可得：電壓一定時，通過導體的電流與導體電阻成反比；
（6）電源電壓為3V，根據串聯電路電壓的規律，所以變阻器要分去的電壓為3V-2V=1V，即變阻器的電壓為定值電阻電壓的$\frac{1}{2}$，根據分壓原理，變阻器連入電路中的電阻為$\frac{1}{2}$×30Ω=15Ω，即變阻器的最大阻值至少為15Ω．
（7）①閉合S₁斷開S₂調節滑動變阻器使電流表示數為0.3A
②閉合S₂斷開S₁讀出電流表示數I；
P_額=0.3A（I-0.3A）R₀
故答案為：（1）電壓；（2）將滑動變阻器阻值調到最大；（3）定值電阻斷路；（4）右；（5）電壓一定時，電流與電阻成反比；（6）15；
（7）①閉合S₁斷開S₂調節滑動變阻器使電流表示數為0.3A；②閉合S₂斷開S₁讀出電流表示數I；0.3A（I-0.3A）R₀．

點評 此題考查了電表的選擇、實驗的注意事項、電路故障的分析、電路的調節、分析實驗得出結論、電阻的計算等知識，同時考查了在沒有電壓表的情況下，電功率的測量方法，這是本題的難點，此題考查全面，綜合性較強．