Question

14．在“探究一定電壓下，電流與電阻的關系”的實驗中，老師提供的實驗器材有：電源（電壓恒為4.5Ⅴ），電流表、電壓表、開關各一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動變阻器（規格分別為“10Ω，2A”、“20Ω，1A”），導線若干．

（1）請根據實驗需要用筆畫線把甲圖元件連接成實物電路．
（2）按要求連接好電路，閉合開關前，變阻器的滑片P應調至最大阻值處．
（3）李艷同學在a、b間先接入5Ω的電阻，閉合開關，移動滑片P，使表示數2.5V，并記下相應的電流值；5Ω再改接10Ω的電阻，此時滑片P應向C（選填“C”或“D”）端移動，李艷移動變阻器滑片P的目的是使電壓表示數保持2.5V不變．
（4）完成整個實驗，應該選取的滑動變阻器的規格是“20Ω，1A”．
（5）李艷又將圖中的定值電阻R₁換成標有“2.5V”的小燈泡，圖乙是使該燈泡正常發光時的電流表的示數，則該燈泡的額定功率為0.75W．

Answer 1

分析 （1）根據題目要求，在（3）中，先接入5Ω的電阻，閉合開關，移動滑片P，使表示數2.5V，變阻器分得的電壓為4.5V-2.5V=2V，變阻器分得的電壓為定值電阻電壓的$\frac{2V}{2.5V}$=0.8倍，根據分壓原理，變阻器連入電路中的電阻為定值電阻的0.8倍，即為0.8×5Ω=4Ω；當定值電阻由5Ω再改接10Ω的電阻時，電路中的電流大小
I′=$\frac{4.5V}{4Ω+10Ω}=\frac{4.5V}{14Ω}$，此時電壓表的示數為U′=I′R′=$\frac{4.5V}{14Ω}$×10Ω=3.2V＞3V，所以，電表選應選用大量程，電壓表并聯在定值電阻的兩端，變阻器按一上一下的原則與電流表、定值電阻串聯；
（3）根據串聯電路電壓的特點和分壓原理確定滑片移動的方向；
（4）在分析（1）的基礎上，求出變阻器的最小阻值，從而確定變阻器的規格；
（5）根據圖乙電流表小量程讀數，根據P=UI求燈的功率．

解答 解：（1）在上面分析的基礎下，實物圖連接如下圖所示；

（3）當電阻由5Ω換成10Ω的電阻時，根據分壓原理，定值電阻的電壓變大，要保持電壓不變，應減小定值電阻的電壓而增大變阻器分得的電壓，所以變阻器連入電路中的電阻應增大，滑片向C端移動；移動滑片的目的是使電壓表示數保持2.5V不變；
（4）由分析（1）知，變阻器的電壓是定值電阻電壓的0.8倍，為保證完成整個實驗，滑動變阻器的阻值至少為0.8×20Ω=16Ω＞10Ω，所以，應選用“20Ω，1A”的變阻器；
（5）圖乙中電流表小量程分度值為0.02A，示數為0.3A，則燈的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
故答案為：（1）如上圖所示；
（3）C；使電壓表示數保持2.5V不變；
（4）“20Ω，1A”；
（5）0.75．

點評 本題探究電流與電阻的關系，考查電路的連接、操作的過程、器材的選擇及小燈泡額定功率的測量，綜合性較強，有一定難度．