Question

18．某物理小組進行電學探究實驗．

次數(shù)	一	二	三
U/V	4	6	8
I/A	0.2	0.3	0.4

（1）軒軒探究“電流與電阻兩端電壓的關系“，他利用電源（電壓為10V）、電流表、電壓表、定值電阻（阻值為20Ω）、滑動變阻器（“40Ω 1A“）、開關和若干導線，進行實驗探究．
①軒軒連接完圖甲所示的電路后，立即閉合開關，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為0V．此時電流表的示數(shù)為0.5A．
②軒軒發(fā)現(xiàn)電路中有一條導線連接錯誤，請你幫他在錯誤的導線上畫“ד，并用筆畫線代替導線畫出正確的連線．
③改正錯誤后，車南將滑動變阻器的滑片移到最左（選填“右”或“左”）端，閉合開關，他多次改變滑動變阻器的阻值，得到了如上表所示的電壓表和電流表的數(shù)據(jù)，可得出結論：當電阻一定時，通過導體的電流與導體的電壓成正比．
④軒軒又利用以上的器材連接了如圖乙所示的電路圖，探究“電流與電阻大小的關系”．實驗中．他在a、b間分別接入20Ω、30Ω、40Ω、50Ω、60Ω的定值電阻，為了能完成這五次實驗，他應控制電壓表示數(shù)不變的范圍是：6V-10V．
（2）寧寧想測一個額定電壓為3.8v的小燈泡L的額定功率．他在圖乙中的a、b間接入這只燈泡，實驗時，他調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到某一位置時，電壓表的示數(shù)為2.5V，寧寧應該向右（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，便電壓表的示數(shù)為3.8V，此時，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為1.9W．
（3）寧寧發(fā)現(xiàn)實驗桌上有一個未標阻值的定值電阻R_x．于是利用剛剛實驗用的小燈泡L（已知U_額和P_額）又找來了一個電壓未知的電源、滑動變動阻器、電流表，開關和若干導線，設計了如圖丁所示的電路圖并測出了R_x的阻值，請你將他的實驗步驟和表達式補充完整．
①閉合開關S₁，將S₂接b（選填“a”或“b”），調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$（用已知物理量的符號表示）
②閉合開關S₁，將S₂接另一觸點，讀出此時電流表的示數(shù)為I₁；
③則表達式R_x=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{U}_{額}{I}_{1}-{P}_{額}}$．（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）①分析電路的連接，找到錯誤之處，由歐姆定律求出電路的電流；
②電壓表應與電阻并聯(lián)；
③為保護電路，將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處；橫向比較表中數(shù)據(jù)得出結論；
④研究電流與電阻的關系時，要控制電壓表示數(shù)U_表不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律得出變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理有
$\frac{U-{U}_{表}}{{U}_{表}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，分析討論電壓表示數(shù)不變的最小值；
（2）燈在額定電壓下正常發(fā)光，比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確滑片移動的方向；根據(jù)圖丙電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（3）燈在不同電壓下的電流不同，本題中要將燈的正常發(fā)光時的電流作為已知量，應先使燈正常發(fā)光，故將燈與電流表串聯(lián)，再與待測電阻并聯(lián)，通過移動滑片，使燈正常發(fā)光；由開關的轉(zhuǎn)換，根據(jù)并聯(lián)電路的規(guī)律求通過出待測電阻的電流，由歐姆定律求出待測電阻大�。�

解答 解：（1）①軒軒連接完圖甲所示的電路，圖中變阻器連入電路中的電阻為0，電壓表與電流表并聯(lián)，電壓表示數(shù)為0，由歐姆定律電路中的電流上：
I=$\frac{U}{{R}_{定}}$=$\frac{10V}{20Ω}$=0.5A．
②電壓表應與電阻并聯(lián)，如下所示：

③改正錯誤后，車南將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，即最左端，閉合開關，他多次改變滑動變阻器的阻值，得到了如上表所示的電壓表和電流表的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)，電壓表為原來的幾倍，通過的電流為原來的幾倍，即當電阻一定時，．
④研究電流與電阻的關系時，要控制電壓表示數(shù)U_表不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U_表，根據(jù)分壓原理有：
$\frac{U-{U}_{表}}{{U}_{表}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，即$\frac{10V}{{U}_{表}}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，
因電壓表示數(shù)保持不變，故上式左邊為一定值，右邊也為定值，當變阻器最大電阻連入時，對應的定值電阻最大，即$\frac{10V}{{U}_{表}}$-1=$\frac{40Ω}{60Ω}$，
故U_表=6V，即應控制電壓表示數(shù)不變的范圍是6-10V；
（2）燈在額定電壓下正常發(fā)光，示數(shù)為2.2V，小于燈的額定電壓2.5V，應增大燈的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應減小變阻器的電壓，由分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向右移動，直到電壓表示數(shù)為額定電壓；
圖丙中，電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.5A，燈的額定額定功率：
P_L=U_LI_L=3.8V×0.5A=1.9W；
（3）①閉合開關S₁，將S₂接b，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$；
②閉合開關S₁，將S₂接另一觸點，讀出此時電流表的示數(shù)為I₁；
③在①中，電流表測通過燈的電流，根據(jù)歐姆定律，此時燈正常發(fā)光，
在②中，因電路的連接關系沒有變，各用電器的電阻和電壓均不變，燈仍正常發(fā)光，此時電流表測燈與待測電阻并聯(lián)的電流，由并聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過待測電阻的電流：
I_X=I₁-$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$；由歐姆定律，則表達式R_x=$\frac{{U}_{額}}{{I}_{1}-\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}}$=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{U}_{額}{I}_{1}-{P}_{額}}$．
故答案為：（1）①0；0.5；②如上所示；③左；   通過導體的電流與導體的電壓成正比；   ④6；
（2）右；   1.9；
（3）①b；$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$；    ③$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{U}_{額}{I}_{1}-{P}_{額}}$．

點評 本題探究“電流與電阻兩端電壓的關系”，考查錯誤電路的分析、電路的連接、操作過程、數(shù)據(jù)分析，對實驗的要求，同時也考查了測小燈泡L的額定功率的過程及設計方案測電阻的能力．