Question

8．下面是小劉同學(xué)進(jìn)行的電學(xué)實(shí)驗(yàn)：

（1）小劉為了探究導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路．
①請(qǐng)用筆畫代替導(dǎo)線完成圖甲電路的連接；
②小劉看到了鄰組同學(xué)在閉合開關(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如果小劉連接電路時(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  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，無論怎樣調(diào)節(jié)滑片都無法使電壓表示數(shù)調(diào)到控制值，說明她選擇的滑動(dòng)變阻器最大電阻小于25Ω；
（2）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小劉又重新設(shè)計(jì)了電路（如圖乙），測(cè)量一個(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只閉合開關(guān)S₂，保持滑動(dòng)變阻器R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則燈泡的額定功率表達(dá)式為P_額$\frac{{{I}_{1}}^{2}}{{{I}_{2}}^{2}}$U．（用U、I₁、I₂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)指針反偏的現(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)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理適當(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，則無法達(dá)到調(diào)整的目的．
（2）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探究導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系時(shí)，電壓表與電阻并聯(lián)，如下所示：

②小劉看到了鄰組同學(xué)在閉合開關(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如果小劉連接電路時(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)，根據(jù)分壓原理，電壓表示數(shù)變大，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減小電壓表示數(shù)增大變阻分得的電壓，根據(jù)分壓強(qiáng)原理，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；
電源電壓為4.5V，變阻器分得的電壓為4.5V-2V=2.5V，根據(jù)分壓原理，當(dāng)接入20Ω的電阻時(shí)，變阻器的電阻至少為$\frac{2.5V}{2V}$×20Ω=25Ω
把10Ω的電阻換成20Ω的電阻，無論怎樣調(diào)節(jié)滑片都無法使電壓表示數(shù)調(diào)到控制值，說明她選擇的滑動(dòng)變阻器的最大阻值小于25Ω；
（2）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•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{{{I}_{1}}^{2}}{{{I}_{2}}^{2}}$U．
故答案為：（1）①見上圖；②正負(fù)接線柱接反了；③2；最大電阻小于25Ω；
（2）①I₁，②調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R₁的滑片；③$\frac{{{I}_{1}}^{2}}{{{I}_{2}}^{2}}$U．

點(diǎn)評(píng) 本題即考查了“探究通過導(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．