Question

5．某物理實(shí)驗(yàn)小組的小明同學(xué)用如圖甲所示的器材測(cè)量標(biāo)有“2.5V”字樣的小燈泡L的電功率，其中電源電壓為定值，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“50Ω 1A”字樣．
（1）在圖甲中用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)物圖連接完整；（要求：滑片向左滑，燈泡變亮．）
（2）在閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)移到B端（選填“A”或“B”）．小明正確連接電路，并按正確的步驟操作，閉合電鍵S，電壓表和電流表示數(shù)分別為1V和0.1A，但是小燈泡幾乎不亮，導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是電路總電阻過(guò)大，小燈的泡實(shí)際電功率太��；
（3）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電壓表示數(shù)U=2.5V時(shí)，燈泡正常發(fā)光．此時(shí)電流為圖乙所示I=0.3A，小燈泡的額定功率為0.75W．此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入的阻值為11.7Ω（保留一位小數(shù)）．小明移動(dòng)滑片，測(cè)出多組電流和電壓值，分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)通過(guò)小燈泡的電流值與電壓值不成正比，檢查兩電表均無(wú)故障，你認(rèn)為可能的原因是小燈泡的阻值不是定值；
（4）小明同學(xué)還想探究“電路中電流與電阻的關(guān)系”，他拿來(lái)幾個(gè)定值電阻替代小燈泡，先把5Ω電阻連入電路，實(shí)驗(yàn)中，將變阻器的滑片移到某一位置時(shí)，讀出電壓表的示數(shù)為2V，并讀出電流表的示數(shù)，緊接著小明想更換電阻再做兩次實(shí)驗(yàn)，可供選擇的電阻有10Ω、20Ω、30Ω、60Ω定值電阻各一個(gè)．
①為了保證實(shí)驗(yàn)成功，他應(yīng)該選擇的電阻是10Ω和20Ω；
②該實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是：電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比；
（5）你認(rèn)為下列實(shí)驗(yàn)中多次測(cè)量的目的與（4）中實(shí)驗(yàn)相同的是①（填序號(hào)）；
①探究串聯(lián)電路兩端的電壓和它的各部分電路的電壓之間的關(guān)系；
②用伏安法測(cè)量定值電阻的阻值；
③測(cè)量物體的長(zhǎng)度．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程；燈泡、開關(guān)以及滑動(dòng)變阻器串聯(lián)連接，滑片向左滑，燈泡變亮，說(shuō)明電路中的電流變大，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變小，即將滑動(dòng)變阻器的左下接線柱接入電路；
（2）閉合開關(guān)前，需將滑動(dòng)變阻器的滑片滑動(dòng)阻值最大處；
燈泡之所以能發(fā)光是據(jù)電流的熱效應(yīng)的原理，故此時(shí)電流表電壓表均有示數(shù)，即電路是通路，且燈泡沒(méi)有發(fā)生短路，故此時(shí)燈泡不能發(fā)光是由于燈絲的電功率太低，導(dǎo)致燈絲上產(chǎn)生的熱量太少造成的．
（3）當(dāng)燈泡兩端電壓等于燈泡的額定電壓時(shí)，燈泡正常發(fā)光；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)，然后根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；根據(jù)電源電壓、串聯(lián)電路的特點(diǎn)以及歐姆定律的變形公式求出燈絲的電阻；
燈泡電阻隨燈泡溫度變化而變化，因此燈泡電阻不是定值，燈泡電壓與電流不成正比．
（4）在探究電流與電阻實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)橥ㄟ^(guò)導(dǎo)體電流的大小與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻兩個(gè)因素有關(guān)，所以實(shí)驗(yàn)中更換電阻后要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電阻兩端的電壓保持不變?nèi)詾?V，據(jù)此判斷選擇；最后根據(jù)歐姆定律的內(nèi)容得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．
（5）多次測(cè)量的目的：一是用來(lái)求平均值來(lái)減小誤差，二是為了從不同情況中找到普遍規(guī)律．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表選擇0～3V，并將電壓表的3V的接線柱與燈泡的左接線柱相連；將開關(guān)的右接線柱與滑動(dòng)變阻器的左下接線柱相連，如下圖所示：

（2）閉合開關(guān)前，需將滑動(dòng)變阻器的滑片滑動(dòng)阻值最大處，即將滑片滑動(dòng)B端；
閉合電鍵S，電壓表和電流表示數(shù)分別為1伏和0.1安，但是小燈幾乎不亮，即此時(shí)的電壓和電流都很小，即燈泡不亮是由于小燈的實(shí)際電功率較低造成的；
（3）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)，燈泡正常發(fā)光；
電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
根據(jù)實(shí)物圖可知，電源電壓為6V，由串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)可知，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$可知，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：R=$\frac{U′}{I}$=$\frac{3.5V}{0.3A}$≈11.7Ω；
因?yàn)闊艚z的電阻與燈絲溫度有關(guān)，燈絲溫度變化，燈絲的電阻隨著發(fā)生變化，所以通過(guò)小燈泡的電流與小燈泡兩端的電壓不成正比．
（2）①為了保證實(shí)驗(yàn)成功，要保證更換電阻后電壓表的示數(shù)仍為2V，
因?yàn)殡娫措妷簽?V，所以滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為6V-2V=4V，
即：U₁：U₂=2V：4V=1：2，
因?yàn)閮呻娮璐��?lián)，所以R₁：R₂=U₁：U₂=1：2，
又因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器R₂的最大電阻為50Ω，所以R₁≤25Ω，
只能選10Ω或20Ω；
②根據(jù)歐姆定律的內(nèi)容可得實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比．
（5）（4）中多次實(shí)驗(yàn)的目的是為了尋找普遍規(guī)律；
①探究串聯(lián)電路兩端的電壓和它的各部分電路的電壓之間的關(guān)系，次實(shí)驗(yàn)多次測(cè)量是為了尋找普遍規(guī)律；
②③用伏安法測(cè)量定值電阻的阻值和測(cè)量物體的長(zhǎng)度兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，多次實(shí)驗(yàn)都是為了求平均值來(lái)減小誤差；
顯然①實(shí)驗(yàn)與（4）中實(shí)驗(yàn)中多次測(cè)量的目的相同．
故答案為：（1）見上圖；（2）B；電路總電阻過(guò)大，小燈的泡實(shí)際電功率太�。唬�3）2.5；0.3；0.75；11.7；小燈泡的阻值不是定值；（4）①10；20；②電流與電阻成反比；（5）①．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物圖的連接方法（量程選擇、滑動(dòng)變阻器的連接）、電流表讀數(shù)、額定功率和歐姆定律的應(yīng)用、多次實(shí)驗(yàn)的目的等，知識(shí)點(diǎn)多，有利于提高分析實(shí)驗(yàn)的能力．