Question

【題目】小明在“探究電流與電壓的關系”實驗中，提供的器材有：電源（電壓4.5V且不變），小燈泡（標有“2.5V”），定值電阻R（阻值為10Ω），滑動變阻器R0（標有“50Ω 1A”），電阻箱，學生用雙量程電流表和電壓表，導線若干：

(1)某實驗小組經過相互討論，完成了該實驗方案的三次設計，由圖A到圖B，改進的理由是_____；接著小組再優化電路設計，由圖B到圖C。

(2)如圖C所示的實驗中，如果出現了電流表示數為0A，電壓表示數接近4.5V，電路發生的故障可能是_____。

(3)多次調節滑動變阻器，測出通過電阻R的電流和對應的電壓值，如表所示，分析數據得到結論：_____。

(4)然后用圖C所示的電路“探究電流與電阻關系”，當定值電阻為10Ω時，對應的電流表示數為0.15A，接著為了測量更多組數據，又提供了15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、35Ω定值電阻各一個，其中_____定值電阻不能使用。

(5)若沒有電流表，小明想利用一個電壓表和一個電阻箱測量小燈泡的額定功率。他選擇了滿足實驗要求的實驗器材，并按照圖D所示的電路圖連接好實物。以下是他設計的實驗方案，請將它補充完整：

①閉合開關_____，移動變阻器的滑片P，使電壓表示數為2.5V；

②下一步操作是：_____，當電壓表示數為2.5V時，讀出電阻箱連入電路的阻值R0；

③請寫出小燈泡額定功率的表達式是：P＝_____。（使用物理量及己知量）

Answer 1

【答案】 燈絲電阻隨溫度的升高而變大，不能控制電阻一定 電阻R斷路 電阻一定時，通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比 30Ω和35Ω S1 保持滑片不動，斷開S1，閉合S2，調節電阻箱的阻值

【解析】(1)某實驗小組經過相互討論，完成了該實驗方案的三次設計，由圖A到圖B，改進的理由是：因為燈泡的電阻會隨著燈絲的溫度而變化，即不能控制電阻不變，而定值電阻阻值不變，所以更適合此實驗；

(2)如圖C所示的實驗中，如果出現了電流表示數為0A，說明電路中出現了斷路性故障，電壓表示數接近4.5V，說明電壓表的兩端到電源的兩端是通的，所以電路發生的故障是電阻R斷路。

(3)分析數據，電流隨電壓的升高而增大，且電流與電壓是成正比的關系，所以結論為：電阻一定時，通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比

(4)然后用圖C所示的電路“探究電流與電阻關系”，當定值電阻為10Ω時，對應的電流表示數為0.15A，則定值兩端的電壓為：，則滑動變阻器兩端的電壓為：；

根據串聯電路的分壓特點知，電阻兩端的電壓與電阻成正比，即當保證電阻兩端的電壓不變時，滑動變阻器接入電路的電阻每次都為定值電阻的二倍，由于滑動變阻器的最大阻值為50Ω，所以接入電路的定值電阻不能超過25Ω，故30Ω、35Ω的兩個電阻不能使用；

(5)如圖丁電壓表可以測量燈的電壓，燈與電阻箱并聯，可以利用等效的方法測出電流，進而求功率。

將實驗步驟補充完整：

①閉合開關S1，移動變阻器的滑片P，使電壓表示數為2.5V，即燈泡的額定電壓；

②下一步根據等效法測量電流，保證滑動變阻器的滑片不動，斷開S1，閉合S2，調整電阻箱，當電壓表示數為2.5V時，讀出電阻箱連入電路的阻值R0，則此時通過電阻箱的電流與燈的額定電流相等；

③燈的額定電流可表示為：

，

小燈泡額定功率的表達式是：

。