Question

13．下面是小明和小華等同學(xué)進(jìn)行的電學(xué)實(shí)驗(yàn)：
（1）小明為了探究通過(guò)導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系，設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路．
①請(qǐng)用筆畫(huà)代替導(dǎo)線完成圖1電路的連接；
②小明看到了鄰組同學(xué)在閉合開(kāi)關(guān)后，電流表的指針偏向“0”刻度線的左側(cè)，原因是電流表正負(fù)接線柱接反了；
③如果小明連接電路時(shí)接入的電阻為5Ω，控制電阻兩端的電壓為2V，那么將5Ω的電阻換成10Ω的電阻時(shí)，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向左端調(diào)節(jié)，使電壓表示數(shù)為2V；把10Ω的電阻換成20Ω的電阻，無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)滑片都無(wú)法使電壓表示數(shù)調(diào)到控制值，說(shuō)明她選擇的滑動(dòng)變阻器最大阻值太��；
④更換器材后，重新實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)記錄在表格中，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出：當(dāng)電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．

電壓U/V	2
電阻R/Ω	5	10	20
電流I/A	0.4	0.2	0.1

（2）小明將電阻換成標(biāo)有“2.5V”字樣的小燈泡，測(cè)量其不同電壓下的電功率．
①正確連接電路，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，電流表指針幾乎不動(dòng)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是小燈泡斷路；
②排除故障，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)．如圖2甲所示是某次實(shí)驗(yàn)電流表的示數(shù)為0.1A．最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出I-U圖象（如圖2乙）．根據(jù)圖象求出小燈泡正常發(fā)光時(shí)的功率為0.625W；
③通過(guò)分析I-U圖象，發(fā)現(xiàn)小燈泡的電阻隨電壓升高逐漸變大，其原因是燈絲電阻隨溫度升高而增大．
（3）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明又重新設(shè)計(jì)了電路（如圖2丙），測(cè)量另一個(gè)小燈泡的額定功率，
這個(gè)小燈泡正常工作的電流為I₁．請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)步驟（已知電源電壓為U）．
①只閉合開(kāi)關(guān)S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開(kāi)關(guān)S₂，保持滑動(dòng)變阻器R₂的滑片位置不變，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁；再將滑動(dòng)變阻器R₂的滑片調(diào)到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；此時(shí)R₁接入電路的電阻為$\frac{U}{{I}_{2}}$（用物理量的符號(hào)表示）．
③則小燈泡的額定功率表達(dá)式為P_額=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．（用物理量的符號(hào)表示）

Answer 1

分析 （1）①在實(shí)物電路連接時(shí)，電壓表應(yīng)與定值電阻并聯(lián)，并注意電流要正進(jìn)負(fù)出；
②當(dāng)電流表的正負(fù)接線柱接反時(shí)，會(huì)出現(xiàn)指針?lè)雌�的現(xiàn)象；
③在探究電流與電阻關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電壓的大小不變，所以當(dāng)換成較大電阻時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整滑片，使電壓表示數(shù)仍為2V；
變阻器在電路中起分壓作用，當(dāng)定值電阻換成20Ω后，變阻器必須繼續(xù)調(diào)大，才能確保定值電阻兩端的電壓仍為2V，如果變阻器最大阻值太小，則無(wú)法達(dá)到調(diào)整的目的．
④當(dāng)電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
（2）①根據(jù)燈泡的發(fā)光情況和電壓表、電流表的示數(shù)，可判斷電路故障是斷路或短路；
②電流表讀數(shù)時(shí)要看清量程，明確分度值，再讀數(shù)．從圖象中讀出額定電壓下的電流值，根據(jù)公式P=UI可計(jì)算額定功率的大�。�
③燈絲的電阻是變化的，會(huì)隨溫度的升高而增大．
（3）搞清實(shí)驗(yàn)的原理是利用替代法，測(cè)出燈泡的電阻，再通過(guò)電功率的變形公式P=I²R可計(jì)算小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）①電壓表應(yīng)并聯(lián)在定值電阻的兩端，所以應(yīng)將定值電阻的左接線柱與電壓表的“-”接線柱或變阻器下端接線柱連接；如圖所示．

②閉合開(kāi)關(guān)后，電流表的指針偏向“0”刻度線的左側(cè)，原因是電流表正負(fù)接線柱接反了；
③在探究電流與電阻關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電壓的大小不變，所以當(dāng)電阻從5Ω換成10Ω時(shí)，電阻變大，分壓變大，應(yīng)向左調(diào)整滑片，使電壓表示數(shù)仍為2V；
滑動(dòng)變阻器在電路中起分壓作用，當(dāng)定值電阻換成20Ω后，變阻器必須繼續(xù)調(diào)大，才能確保定值電阻兩端的電壓仍為2V，如果無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)滑片都無(wú)法使電壓表示數(shù)調(diào)到控制值，說(shuō)明她選擇的滑動(dòng)變阻器最大阻值太小了；
④由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
（2）①閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表指針幾乎不動(dòng)，說(shuō)明為斷路，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦妨�，因此產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是燈泡斷路；
②讀圖乙可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，其示數(shù)為0.1A；
讀圖丙可得，當(dāng)電壓為2.5V時(shí)，電路中的電流為0.25A，則小燈泡的額定功率為：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W．
③過(guò)分析I-U圖象，發(fā)現(xiàn)小燈泡的電阻隨電壓升高逐漸變大，其原因是燈絲電阻受溫度影響，溫度越高，燈絲電阻越大．
（3）分析實(shí)驗(yàn)的原理可以得出其具體的步驟為：
①只閉合開(kāi)關(guān)S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開(kāi)關(guān)S₂，保持滑動(dòng)變阻器R₂的滑片位置不變，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁；
再將滑動(dòng)變阻器R₂的滑片調(diào)到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；
③則小燈泡的電阻與變阻器R₁此時(shí)的電阻相同，即R_燈=$\frac{U}{{I}_{2}}$，
小燈泡的額定功率P_額=I₁²R_燈=I₁²•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
故答案為：（1）①見(jiàn)上圖；②正負(fù)接線柱接反了；③左；2；最大阻值太小；④反；
（2）①小燈泡斷路；②0.1； 0.625；③燈絲電阻隨溫度升高而增大；
（3）①I(mǎi)₁；②調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R₁的滑片；$\frac{U}{{I}_{2}}$；③$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題即考查了“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系”，又考查了“測(cè)量小燈泡電功率”，尤其是后一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用了兩種不同的測(cè)量方法，要求我們對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、注意事項(xiàng)、歐姆定律及電功率的變形公式等有一個(gè)全面的了解和掌握，考查內(nèi)容多，有一定難度．