Question

16．某小組同學在探究電流與電阻的關(guān)系時，選用如下器材：電源，0～50Ω的滑動變阻器，電流表，電壓表，開關(guān)，5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值電阻各一個，導(dǎo)線若干，實驗過程中控制定值電阻兩端電壓為2V不變．

（1）圖甲是連接的部分實驗電路，請將電路補充完整．
（2）開關(guān)閉合前需要將滑動變阻器的滑片調(diào)至B（填“A”或“B”）端；若閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為零，則電路存在的故障可能是定值電阻短路（填“短路”或“斷路”）．
（3）某次實驗時，電流表的示數(shù)如圖乙所示為0.2A，此時連入電路的定值電阻的阻值是10Ω．
（4）若將10Ω換成15Ω電阻時，需要將滑動變阻器滑片向B（填“A”或“B”）端調(diào)整，使電壓表的示數(shù)為2V．
（5）完成上面實驗后，小組同學又想測量額定電壓為U_額的小燈泡的額定功率，但發(fā)現(xiàn)電流表已經(jīng)損壞，于是他們又找來了兩個開關(guān)，設(shè)計了如圖丙所示的電路，已知電源電壓為U，定值電阻的阻值為R₀，請你完成下面實驗步驟．
①閉合S、S₁，斷開S₂（填寫S、S₁、S₂的通斷情況），調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為U-U_額；
②閉合S、S₂，斷開S₁（填寫S、S₁、S₂的通斷情況），保持滑動變阻器的滑片不動，讀出電出壓表示數(shù)為U₁；
③燈泡的額定功率的表達式為P_額=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$U_額．

Answer 1

分析 （1）探究電流與電阻關(guān)系時，需控制電壓不變，根據(jù)定值電阻兩端電壓和最小定值電阻確定電路中的最大電流，從而確定電流表的量程，并將電流表串聯(lián)在電路中；
（2）為了安全起見，閉合開關(guān)前，需將滑片移到阻值最大處；
閉合開關(guān)后，電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表示數(shù)為零，電壓表可能被短路，根據(jù)電壓表測量的元件確定電路短路的具體位置；
（3）根據(jù)電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)歐姆定律的應(yīng)用求出定值電阻的阻值；
（4）將10Ω的電阻換成了15Ω的電阻時，電路中的總電阻變大，它兩端的電壓也隨之變化，為保證結(jié)論的準確性，要通過調(diào)節(jié)滑片，使滑動變阻器兩端的電壓增大，從而使電阻兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼闹担�根�?jù)串聯(lián)電路的分壓關(guān)系去調(diào)節(jié)即可；
（5）由丙圖可知：沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓為U_額，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）電路中的最大電流：I_最大=$\frac{U}{{R}_{最小}}$=$\frac{2V}{5Ω}$=0.4A，因此電流表選擇0～0.6A量程；
將電流表0.6A接線柱與電源正極相連，如下圖所示：

（2）為了安全起見，閉合開關(guān)前，需將滑片移到阻值最大處，即將滑片移到B端；
閉合開關(guān)后，電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表示數(shù)為零，電壓表可能被短路，而電壓表測量定值電阻兩端電壓，因此可能為定值電阻短路；
（3）已知電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A；
由I=$\frac{U}{R}$可知，定值電阻的阻值：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω；
（4）將10Ω的電阻換成了15Ω的電阻時，串聯(lián)電路的總電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流變小，滑動變阻器分得的電壓變小，電阻分得的電壓增大，所以應(yīng)調(diào)節(jié)滑片向B端移動，增大滑動變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數(shù)為2V；
（5）①閉合S、S₁，斷開S₂，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為U-U_額；
②閉合S、S₂，斷開S₁，保持滑動變阻器的滑片不動，讀出電出壓表示數(shù)為U₁；
③通過燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$，
燈泡額定功率：P=U_額I=U_額×$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$U_額．
故答案為：（2）B；短路；（3）0.2；10；（4）B；2；（5）①閉合S、S₁，斷開S₂；②閉合S、S₂，斷開S₁；③$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$U_額．

點評 本題考查了電流表的連接、實驗注意事項、實驗故障分析、實驗操作、電表讀數(shù)、歐姆定律的應(yīng)用、求燈泡功率、實驗設(shè)計等；對電表讀數(shù)時要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時視線要與電表刻度線垂直；最后一問：實驗設(shè)計是本題的難點，知道實驗原理、應(yīng)用串聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題．