Question

14．如圖甲所示，是探究小組設計的測量額定電壓為“3.8V”小燈泡電阻的部分實驗電路．若電源電壓為6V，小燈泡的電阻大約是10Ω，探究小組在連接實驗電路的過程中發現電壓表0～15V量程損壞，只有0～3V的量程可以使用：

（1）若探究小組想測小燈泡正常發光時的電阻，請用筆畫線代替導線把電路連接完整．
（2）實驗中有兩個可供選擇的滑動變阻器規格分別為“5Ω  1A”“10Ω   1A”，為了順利完成實驗，探究小組應選擇“10Ω1A”的變阻器最為合適．
（3）探究小組在實驗的過程中，調節滑動變阻器使小燈泡正常發光，電流表的示數如圖乙所示，電流表的讀數為0.3A，小燈泡正常發光時的電阻為12.7Ω（結果保留一位小數）
（4）探究小組還想探究“導體中的電流與導體電阻”的關系，他們設計的電路圖如圖丙所示：
①若探究小組閉合開關后，發現電流表無示數，用電壓表分別測R₁、R₂（R₁≠R₂）兩端的電壓，電壓表并聯在R₁兩端時有示數，并聯在R₂兩端時無示數，則此電路發生故障的原因是R₁斷路．
②排除故障后，探究小組分別用電壓表測出了R₁、R₂兩端的電壓，請你判斷：通過以上操作，他們能探究出“導體中的電流與導體電阻”的關系嗎？不能（填“能”或“不能”），你判斷的依據是無法控制R₁、R₂兩端的電壓相同且無法改變電流大小．

Answer 1

分析 （1）由燈的額定電壓為3.8V確定電壓表選用的量程與燈并聯，變阻器按一上一下串聯接入電路中；
（2）由歐姆定律求出燈正常發光時的電流，根據串聯電路電壓的規律求出變阻器分得的電壓，由歐姆定律的變形公式，得出變阻器連入電路中的電阻，確定選用的“10Ω   1A”的變阻器；
（3）根據圖乙電流表小量程讀數，由歐姆定律求電阻大小；
（4）①電壓表并聯在R₁兩端時有示數說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，電壓表并聯在R₂兩端時無示數且電流表無示數說明電路斷路，即R₁斷路；
②要探究電流與電阻兩端的關系時，應控制定值電阻兩端的電壓不變，改變定值電阻的阻值．

解答 解：（1）燈的額定電壓為3.8V，電壓表選用大量程與燈并聯，變阻器按一上一下串聯接入電路中，如下所示：

（2）電源電壓為6V，由歐姆定律，當燈正常發光時的電流：I=$\frac{{U}_{L}}{R}=\frac{3.8V}{10Ω}$0.38A，根據串聯電路電壓的規律，變阻器分得 的電壓：
U_滑=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，由歐姆定律的變形公式，變阻器連入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.79Ω＞5Ω，故選用“10Ω   1A”的變阻器；
（3）圖中電流表選用小量程，分度值 為0.02A，示數為0.3A，則燈的電阻的：
R=$\frac{{U}_{L}}{I′}$$\frac{3.8V}{0.3A}$≈12.7Ω；
（4）①閉合開關后，發現電流表無示數，說明電路斷路，電壓表并聯在R₁兩端時有示數，并聯在R₂兩端時無示數，說明電阻R₁斷路；
②因實驗中無法改變電路中的電流且兩電阻兩端的電壓不相等，故不能探究出“導體中的電流與導體電阻”的關系．
故答案為：
（1）如上圖所示；（2）“10Ω  1A”；
（3）12.7；乙；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
（4）①R₁斷路；②不能；無法控制R₁、R₂兩端的電壓相同且無法改變電流大小．

點評 本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律的應用以及實物圖的連接、電流表的讀數、電路故障的判斷和對器材的要求及控制變量法的運用．