Question

11．小林用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材探究“電流與電阻的關(guān)系”．電源電壓恒為3V，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“20Ω 2A”字樣，阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω、100Ω的定值電阻各一個(gè)．

（1）連接電路時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片P要移到最A(yù)端（選填“A”或“B”）．
（2）閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電流的示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)電路中的電流為0.36A．
（3）將5Ω定值電阻換乘10Ω定值電阻，閉合開(kāi)關(guān)，為了保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A（選填“A”或“B”）移動(dòng)，記錄此時(shí)各表的示數(shù)．
（4）將10Ω定值電阻換成20Ω定值電阻，重復(fù)步驟（3），實(shí)驗(yàn)記錄的多組數(shù)據(jù)如表1所示．分析數(shù)據(jù)可得結(jié)論是電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	定值電阻（Ω）	電流表示數(shù)（A）
1	5
2	10	0.18
3	20	0.09

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小林問(wèn)老師在此實(shí)驗(yàn)中能否換用50Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？老師指導(dǎo)小林分析了不能更換的原因．你認(rèn)為其原因是R兩端電壓無(wú)法達(dá)到1.8V．
（6）若用該電路測(cè)量額定電壓為2.5V小燈泡功率，測(cè)得數(shù)據(jù)如表2所示．

次數(shù)	1	2	3	4	5
電壓U/V	0.4	1.0	1.5	2.0	2.5
電流I/A	0.08	0.16	0.19	0.22	0.24

①小燈泡的額定功率是0.6W；
②為完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取最大阻值不小于32.5Ω的滑動(dòng)變阻器．

Answer 1

分析 （1）連接電路時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片P要移到最大值處；
（2）根據(jù)電流表量程和分度值讀數(shù)；
（3）研究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電壓表的示數(shù)不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理，判斷滑片的移動(dòng)方向；
（4）分析表中數(shù)據(jù)得出電流與電阻的關(guān)系；
（5）由歐姆定律求出電壓表的示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出變阻器分得的電壓，由分壓原理求出變阻器連入電路中的阻值大小，結(jié)合題中條件分析解答；
（6）①由表中數(shù)據(jù)，根據(jù)P=UI計(jì)算燈泡的額定功率；
②當(dāng)電路中電流最小時(shí)電阻最大，由表中數(shù)據(jù)根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算變阻器最大阻值情況．

解答 解：
（1）為了保護(hù)電路，由圖甲知，連接電路時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片P要移到最大值A(chǔ)端；
（2）由圖乙知，電流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，所以電流表示數(shù)為0.36A；
（3）將5Ω電阻換成10Ω后，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理，電壓表的示數(shù)會(huì)變大．
要控制電壓表示數(shù)不變，應(yīng)該增大滑動(dòng)變阻器的阻值，即應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A移動(dòng)，以增大滑動(dòng)變阻器分得電壓，從而使電壓表仍為原來(lái)的示數(shù)不變；
（4）分析表中數(shù)據(jù)知，當(dāng)電阻變?yōu)樵瓉?lái)的幾倍，通過(guò)的電流變?yōu)樵瓉?lái)的幾分之一，所以電流和電阻的關(guān)系為：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體中的電流與電阻成反比；
（5）由表中數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律，電壓表示數(shù)U=IR=0.36A×5Ω=1.8V，
由圖知電源由兩節(jié)干電池組成，即電源電壓為3V，
當(dāng)定值電阻為50Ω時(shí)，要保持電壓表示數(shù)不變，此時(shí)滑動(dòng)變阻器分去的電壓為U_滑=3V-1.8V=1.2V，
根據(jù)分壓原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{V}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，變阻器連入電路中的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{V}}$•R_定=$\frac{1.2V}{1.8V}$×50Ω=33.3Ω，
即變阻器的最大阻值至少為33.3Ω，
而題中變阻器的規(guī)格為“20Ω 2A”，所以滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，無(wú)法保持定值電阻兩端電壓始終為1.8V．
（6）①燈泡電壓為2.5V時(shí)正常工作，由表中數(shù)據(jù)知，此時(shí)通過(guò)燈泡的電流為0.24A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.24A=0.6W；
②由表中數(shù)據(jù)知，當(dāng)小燈泡兩端的電壓U_L=0.4V時(shí)，電路中電流最小，電阻最大，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最大，
此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_L=3V-0.4V=2.6V，
根據(jù)串聯(lián)電路中各處的電流都相等，即I_滑=I_L=0.08A，
所以滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{滑}}$=$\frac{2.6V}{0.08A}$=32.5Ω，
故應(yīng)該選取最大阻值不小于32.5Ω的滑動(dòng)變阻器．
故答案為：（1）A；（2）0.36；（3）電壓；A；（4）電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體中的電流與電阻成反比；（5）R兩端電壓無(wú)法達(dá)到1.8V；（6）①0.6；③32.5．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究電流跟電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，需使電阻兩端的電壓不變，考查了注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)涉及到了串聯(lián)電路電流、電壓的關(guān)系，及歐姆定律的變形應(yīng)用．