Question

13．張明同學用如圖甲所示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、15Ω，電源電壓恒定為4.5V．
（1）在探究“通過電阻的電流跟兩端電壓的關系”時，選用了某一定值電阻，連接電路閉合開關后，移動變阻器的滑片P，當電流表的示數是0.28A時，電壓表的示數如圖乙所示，這時定值電阻兩端的電壓是2.8V，這一定值電阻的阻值是10Ω．
（2）在探究“電阻上的電流跟電阻的關系”時，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，目的是保持定值電阻兩端電壓不變．
（3）探究結束后，該組同學又利用圖甲所示的電路圖測量小燈泡的電功率，他們把定值電阻換成額定電壓為3.8V、電阻約為10Ω的小燈泡．
①請幫該組同學將圖丙的實物電路連接完整．
②閉合開關后，發現電壓表示數接近電源電壓，電流表指針有明顯偏轉，移動變阻器的滑片，兩表示數均不變，原因可能是滑動變阻器接入電路的阻值為零．
③問題解決后，閉合開關，改變變阻器滑片P的位置，當電壓表的示數是3.8V時，小燈泡正常發光，電流表的示數如圖丁所示，則通過小燈泡的電流為0.3A，該電燈泡的額定功率是1.14W．

（4）如圖戊所示電路中（R阻值已知），無電壓表也能測出該燈泡額定功率的是C．

Answer 1

分析 （1）根據圖乙所示電壓表及電源電壓確定電壓表量程及分度值，讀出電壓表示數；已知電阻兩端電壓和通過的電流，利用公式R=$\frac{U}{I}$得到定值電阻阻值；
（2）當將電阻由5Ω更換為10Ω后，定值電阻阻值變大，定值電阻分壓變大，滑動變阻器分壓變小，為保證電阻兩端電壓不變，應移動滑動變阻器滑片，使滑動變阻器接入電路的阻值變大，使定值電阻兩端電壓保持不變．
（3）①由電路圖可知，滑動變阻器與電壓表連接不完整，滑動變阻器應串聯接入電路，電壓表應并聯在燈泡兩端；
②電流表指針有明顯偏轉，說明電路電阻較小，可能是燈泡短路或滑動變阻器接入電路的阻值為零造成的；電壓表示數接近電源電壓，說明與電壓表并聯的燈泡不存在短路，燈泡之外電路存在短路，由此可知，電路故障是滑動變阻器接入電路的電阻為零（短路）造成的；
③當燈泡電壓等于額定電壓時，燈泡正常發光，根據P=UI算出燈泡額定功率．
（4）要測出小燈泡的額定功率，需使其兩端的電壓為額定電壓．因為沒有電壓表，所以可以用電流表和定值電阻來代替，并且與電燈并聯．當通過電阻的電流為$\frac{2.5V}{R}$時，小燈泡會正常發光，然后測出通過燈泡的電流即可．可用到并聯電路電流的關系．

解答 解：
（1）電源電壓為4.5V，則電阻電壓即電壓表示數不大于4.5V，如果電壓表量程是0～15V，則電壓表分度值是0.5V，電壓表示數是14V＞4.5V，則電壓表量程不是0～15V，電壓表量程應是0～3V，分度值是0.1V，電壓表示數是2.8V；
定值電阻的阻值為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.8V}{0.28A}$=10Ω；
（2）定值電阻由5Ω更換為10Ω后，定值電阻分壓變大，大于原來的電壓，為保持定值電阻兩端電壓不變，由電路圖甲可知，應向右移動滑動變阻器滑片，增大滑動變阻器接入電路的阻值，增大滑動變阻器的分壓，使定值電阻兩端電壓減小，保持定值電阻兩端電壓不變．
（3）①燈泡額定電壓是3.8V，電壓表應選0～15V量程，滑動變阻器串聯接入電路，電壓表與燈泡并聯，電路圖如圖所示；
②電壓表示數接近電源電壓，電流表指針有明顯偏轉，移動變阻器的滑片，兩表示數均不變，原因可能是滑動變阻器同時接上面兩個接線柱，滑動變阻器短路，接入電路的阻值為零造成的；
③當與燈泡并聯的電壓表示數等于燈泡額定電壓3.8V時，燈泡正常發光；電流表的量程為0-0.6A，分度值為0.02A，示數為0.3A，則燈泡功率為：
P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）沒有電壓表，所以應將電阻與燈泡并聯，要得知小燈泡正常發光，必須使燈泡兩端的電壓等于3.8V，根據并聯電路的電壓相等，當電阻兩端的電壓為3.8V時，通過它的電流為I=$\frac{3.8V}{R}$，所以電流表的接法中即能直接單獨測出電阻的電流，又能間接測出通過燈泡的電流．
A、無法得知小燈泡是否正常發光，所以A不正確；
B、無法得知燈泡兩端的電壓是否為3.8V，所以B不正確；
C、電流表可直接與電阻串聯，可根據I=$\frac{3.8V}{R}$得知兩端的電壓是否為3.8V，所以C正確；
D、電路在接法上與A類似，所以D不正確．
故答案為：（1）2.8；10Ω；（2）右；使電壓表的示數保持不變； （3）①電路圖如圖所示； ②滑動變阻器接入電路的阻值為零； ③3.8；0.3；1.14；（4）C．

點評 本題考查了電壓表讀數、滑動變阻器的調節、電阻的測量、故障分析、電功率的計算、單個電表測功率等問題，是實驗的常考問題，一定要掌握；實驗中應用了控制變量法，要注意掌握應用．