Question

【題目】在“探究導體的電流跟電阻的關系”實驗中，老師提供的器材有：電源（電壓恒為3V），電流表、電壓表和開關各一個，五個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，50Ω），滑動變阻器（規格是“20Ω，2A”），導線若干．
（1）圖甲是小明連接的實物電路，圖中有一根導線連接錯誤，請你在連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線．
（2）在開關閉合前，應將滑動變阻器的滑片滑至最（選填“左”或“右”）端．
（3）電路連接無誤后，閉合開關，小明先后將5Ω和10Ω的電阻分別接入電路，移動滑片P進行了二次實驗，數據如圖乙表格所示．小明緊接著再將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻后，直接讀出電流表示數示為A．

物理量 實驗次數	電阻R（Ω）	電流I （A）
1	5	0.4
2	10	0.2
3	20

（4）小明為了使實驗能繼續順利進行，還可以使用的定值電阻有（寫出具體的電阻值，多寫少寫都不給分）
（5）小明將電阻換成標有“2.5V”字樣的小燈泡，測量其不同電壓下的電功率． ①正確連接電路，閉合開關，發現小燈泡不亮，電壓表有示數，電流表指針幾乎不動，產生這種現象的原因是；
②排除故障，繼續實驗，根據實驗數據畫出I﹣U圖象（如圖丙）．由此可求出小燈泡正常發光時的功率為W；
（6）完成上述實驗后，小明又利用上述器材重新設計了電路（增加了一個滑動變阻器）如圖丁，測量另一個小燈泡的額定功率，這個小燈泡正常工作的電流為I1 ． 請完成實驗步驟． ①只閉合開關S1 ， 移動滑動變阻器R2的滑片，使電流表示數為I1；
②只閉合開關S2 ， 保持滑動變阻器R2的滑片位置不變，移動滑動變阻器R1的滑片，使電流表示數為I1；再 ， 讀出電流表的示數為I2；
③則小燈泡的額定功率表達式為P額= ．

Answer 1

【答案】
（1）解：如下所示：

（2）右
（3）0.12
（4）15Ω、30Ω
（5）燈泡斷路；0.625
（6）將滑動變阻器R2的滑片調到最左端；
【解析】解：（1）原電路中，電壓表被短路了，應并聯在電阻的兩端，如下所示： ；（2）在開關閉合前，應將滑動變阻器的滑片滑至阻值最大處，即最右端；（3）研究電流與電阻的關系時，要控制電壓表示數不變，電路連接無誤后，閉合開關，小明先后將5Ω和10Ω的電阻分別接入電路，移動滑片P進行了二次實驗，數據如圖乙表格所示．因研究電流與電阻的關系時，要控制電壓表示數不變，由歐姆定律，電壓表示數U表=I1R1=0.4A×5Ω=2V；
由表中數據知，當電阻為R2=10Ω時，電流為I2=0.2A，
根據串聯電路電壓的規律，變阻器的電壓U滑=U﹣U表=3V﹣2V=1V．
變阻器連入電路中的電阻R滑= =5Ω，
小明緊接著再將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻后，電路的總電阻R=R3+R滑=20Ω+5Ω=25Ω，故直接讀出電流表示數示即為此時的電流大小I= =0.12A；（4）由（3）知，定值電阻的電壓是變阻器電壓的 =2倍，根據分壓原理，定值電阻的大小是變阻器阻值的2倍，當變阻器連入電路中的電阻為20Ω時，定值電阻最大值為2×20Ω=40Ω，故除已用的電阻外，小明為了使實驗能繼續順利進行，還可以使用的定值電阻有15Ω、30Ω的電阻；（5）①經分析，閉合開關，發現小燈泡不亮，電壓表有示數，電流表指針幾乎不動，產生這種現象的原因是：燈泡斷路；②根據實驗數據畫出I﹣U圖象，由圖乙可知，當燈的電壓為2.5V時，通過的電流為0.25A，由此可求出小燈泡正常發光時的功率為P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；（6）分析實驗的原理可以得出其具體的步驟為：①只閉合開關S1 ， 移動滑動變阻器R2的滑片，使電流表示數為I1；②只閉合開關S2 ， 保持滑動變阻器R2的滑片位置不變，調節滑動變阻器R1的滑片使電流表示數為I1；
根據等效替代法，則小燈泡正常發光的電阻與變阻器R1此時的電阻相同，為測量出此時變阻器R1的電阻，故應將滑動變阻器R2的滑片調到最左端，讀出電流表的示數為I2；根據歐姆定律，變阻器R1的電阻即為燈正常發光時的電阻，即RL= ，
小燈泡的額定功率P額=I12R燈=I12 = ．
所以答案是：（1）如上所示；（2）右；（3）0.12；（4）15Ω；30Ω；（5）①燈泡斷路；②0.625；（6）②將滑動變阻器R2的滑片調到最左端；③ ．
【考點精析】關于本題考查的歐姆定律及其應用，需要了解歐姆定律的應用： ① 同一個電阻，阻值不變，與電流和電壓無關 但加在這個電阻兩端的電壓增大時，通過的電流也增大．（R=U/I） ② 當電壓不變時，電阻越大，則通過的電流就越小．（I=U/R） ③ 當電流一定時，電阻越大，則電阻兩端的電壓就越大．（U=IR）才能得出正確答案．