Question

4．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，請你補充完整．
（2）閉合開關，移動滑動變阻器的滑片P，發現電壓表、電流表均無示數，原因可能是下列中的哪一種：D（只填選項）
A．定值電阻斷路  B．電壓表斷路  C．電流表短路   D．滑動變阻器斷路
（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2 V． 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，通過觀察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．小明的方案不可行（選填“可行”或“不可行”）．

Answer 1

分析 （1）求出電路中的最大電流確定電流表的量程，把電流表、電阻串聯接入電路，完成電路連接；
（2）對每個選項分析，符合題意的即為正確答案；
（3）根據電壓表小量程讀數；當換上較大的電阻時，根據分壓原理，電壓表示數變大，在探究“導體中的電流跟電阻的關系”時，應保持電壓表的示數不變，根據串聯電路電流規律和分壓原理確定滑片移動的方向；根據串聯電路電壓的規律和分壓原理確定滑動變阻器的最大阻值至少為多少；
（4）①探究電功率與電壓的關系，應控制電流大小不變，所以采用串聯電路，燈的亮度取決于燈的實際功率，燈泡實際功率越大，燈泡越亮；
②探究功率與電流的關系，應控制電壓相等而電流不同，據此作答．

解答 解：（1）因電源電壓為3V，電路中的最大電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，所以電流表選用小量程，與電阻串聯接入電路，實物圖連接如下圖所示：

（2）A選項，定值電阻斷路，電壓表通過變阻器、電流表與電源兩極連通，電壓表有示數，與題意不符，A選項錯誤；
B選項，電壓表斷路，電壓表無示數；但定值電阻與電流表、變阻器連通，移動滑動變阻器的滑片P，當變阻器連入電路中的電阻較小時，電流表有較大的示數，與題意不符，B選項錯誤；
C選項，電流表短路，電流表示數為0，在移動變阻器的滑片P的過程中，電壓表的示數發生變化，與題意不符，C選項錯誤；
D選項，滑動變阻器斷路，將導致整個電路斷路，兩表均無示數，符合題意，A選項正確．
答案選D；
（3）圖乙電壓表小量程分度值為0.1V，示數為2V；當把定值電阻由5Ω換成10Ω，閉合開關后，根據分壓原理，電壓表示數增大，定值電阻的電壓大于2V，要保持電壓表示數不變，應減小定值電阻的電壓，增大變阻器分得的電壓，根據分壓原理，應增大變阻器連入電路中的電阻大小，所以，滑片P向右移動，直至電壓表示數為2V；
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，變阻器的電壓為定值定值電壓的$\frac{1V}{2V}=\frac{1}{2}$，根據分壓原理，變阻器的阻值為定值電阻的$\frac{1}{2}$倍，電阻最大阻值為20Ω，選擇的滑動變阻器的最大阻值至少為$\frac{1}{2}$×20Ω=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，可以根據燈泡的亮暗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，利用圖丙電路，通過移動滑動變阻器的滑片，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，小明的方案不可行．
故答案為：（1）電路圖如上圖所示；
（2）D；
（3）右；2；10；
（4）①燈泡亮度； ②不可行．

點評 本題涉及探究歐姆定律和探究電功率與電壓、電流的關系兩個實驗，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、控制變量的運用及對實驗方案的評估能力，綜合性較強，有一定難度．