Question

19．小明利用如圖甲所示的電路，探究“保持電阻不變時(shí)，電流跟電壓的關(guān)系”．

實(shí)驗(yàn)器材：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一只，一個(gè)開關(guān)，一個(gè)定值電阻，一只滑動(dòng)變阻器，導(dǎo)線若干．
（1）小明在閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)電壓表指針反向偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是電壓表正負(fù)接線柱接反了；同時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表沒有示數(shù)，可能的原因是R斷路．
（2）小明通過實(shí)驗(yàn)得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由這些數(shù)據(jù)畫出如圖丙所示的圖象，由圖象可得結(jié)論：保持電阻不變時(shí)，電流與電壓成正比．
（3）若電流表損壞，請(qǐng)你利用余下實(shí)驗(yàn)器材，測(cè)量一個(gè)額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率（燈絲的電阻會(huì)隨溫度變化），并把如下的實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整．
①在原實(shí)驗(yàn)電路中，斷開開關(guān)S，拆去電流表，用小燈泡替換定值電阻，重新連接好電路，并移動(dòng)滑片P至B（選填“A”或“B”）端；
②閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑片P，直至電壓表的示數(shù)為2.5 V時(shí)，小燈泡正常發(fā)光；
③保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，斷開開關(guān)，用定值電阻替換小燈泡，閉合開關(guān)，記錄下此時(shí)電壓表的讀數(shù)U；
④小燈泡的額定功率的表達(dá)式P_額=“$\frac{1W×U}{4.5V-U}$”（用數(shù)據(jù)和測(cè)量的物理量符號(hào)表示）．

Answer 1

分析 （1）電表正負(fù)接線柱不要接反，否則指針將反向偏轉(zhuǎn)；根據(jù)電流表無示數(shù)可能電路出現(xiàn)斷路，再根據(jù)電壓表有示數(shù)確定故障的原因；
（2）分析圖丙的圖象，然后得出電阻一定時(shí)，電流與電壓關(guān)系的結(jié)論；
（3）根據(jù)題意完成實(shí)驗(yàn)步驟，用定值電阻替代燈泡，然后應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律計(jì)算滑動(dòng)變阻器此時(shí)連入的阻值，再根據(jù)電功率公式分析答題．

解答 解：
（1）閉合開關(guān)S后，電壓表指針反向偏轉(zhuǎn)，這是由于電壓表正負(fù)接線柱接反了造成的；
根據(jù)電流表無示數(shù)可能電路出現(xiàn)斷路，而電壓表有示數(shù)，說明電壓表兩接線柱到電源間是通路，由此說明故障可能是定值電阻R斷路造成的．
（2）由圖丙所示圖象可知，U-I圖象是一條傾斜的直線，電壓U與電流I成正比，由此可得：在電壓一定時(shí)，電流與電壓成正比．
（3））①斷開開關(guān)S，拆去電流表，用小燈泡替換定值電阻，重新連接好電路，并移動(dòng)滑片P至最大值B端；
②閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑片P，直至電壓表的示數(shù)為燈泡額定電壓2.5V時(shí)，小燈泡正常發(fā)光；
③保持滑片P的位置不變，斷開開關(guān)，用定值電阻替換小燈泡，閉合開關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)U；
④由圖丙所示圖象可知，當(dāng)定值電阻兩端電壓為2V時(shí)，通過的電流為0.4A，所以定值定值阻值：R=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω，
則定值電阻替代燈泡后，電路中電流I=$\frac{U}{5Ω}$，
滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-U}{\frac{U}{5Ω}}$，
燈泡正常發(fā)光時(shí)電流中電流：I_額=I_滑=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{\frac{4.5V-U}{\frac{U}{5Ω}}}$=$\frac{2V×U}{（4.5V-U）×5Ω}$，
小燈泡的額定功率的表達(dá)式P_額=U_LI=2.5V×$\frac{2V×U}{（4.5V-U）×5Ω}$=$\frac{1W×U}{4.5V-U}$．
故答案為：（1）電壓表正負(fù)接線柱接反了；R斷路；
（2）電流與電壓成正比；
（3）①B；②2.5；③定值電阻；④$\frac{1W×U}{4.5V-U}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等，連接電路時(shí)，電表正負(fù)接線柱不要接反，否則電表指針將反向偏轉(zhuǎn)．難點(diǎn)是第（3）問，要能根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)，靈活運(yùn)用歐姆定律計(jì)算出燈泡正常發(fā)光的電流是關(guān)鍵．