Question

2．下面是文奇和包博等同學進行的電學實驗：

（1）文奇為了探究通過導體的電流跟電阻的關系，設計了如圖甲所示的電路．
①請用筆畫代替導線完成圖甲電路的連接；
②文奇看到了鄰組同學在閉合開關后，電流表的指針偏向“0”刻度線的左側(cè)，原因是電流表正負接線柱接反了；
③如果文奇連接電路時接入的電阻為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，應將滑動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，說明她選擇的滑動變阻器最大阻值太小；
④更換器材后，重新實驗，將數(shù)據(jù)記錄在表格中，分析實驗數(shù)據(jù)可得出：當電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成反比．

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

（2）包博將電阻換成標有“2.5V”字樣的小燈泡，測量其不同電壓下的電功率．
①正確連接電路，閉合開關，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，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)實驗．如圖乙所示是某次實驗電流表的示數(shù)為0.1A．最后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出I-U圖象（如圖丙）．根據(jù)圖象求出小燈泡正常發(fā)光時的功率為0.625W；
③通過分析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）完成上述實驗后，包博又重新設計了電路（如圖�。�，測量另一個小燈泡的額定功率，這個小燈泡正常工作的電流為I₁．請完成實驗步驟（已知電源電壓為U）．
①只閉合開關S₁，移動滑動變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開關S₂，保持滑動變阻器R₂的滑片位置不變，調(diào)節(jié)滑動變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁；再將滑動變阻器R₂的滑片調(diào)到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；
③則小燈泡的額定功率表達式為P_額==$\frac{{{UI}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）①在實物電路連接時，電壓表應與定值電阻并聯(lián)，并注意電流要正進負出；
②當電流表的正負接線柱接反時，會出現(xiàn)指針反偏的現(xiàn)象；
③在探究電流與電阻關系時，應保持電壓的大小不變，所以當換成較大電阻時，應適當調(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，則無法達到調(diào)整的目的．
④當電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成反比．
（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可計算額定功率的大��；
③燈絲的電阻是變化的，會隨溫度的升高而增大．
（3）搞清實驗的原理是利用替代法，測出燈泡的電阻，再通過電功率的變形公式P=I²R可計算小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）①電壓表應并聯(lián)在定值電阻的兩端，所以應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閉合開關后，電流表的指針偏向“0”刻度線的左側(cè)，原因是電流表正負接線柱接反了；
③在探究電流與電阻關系時，應保持電壓的大小不變，所以當電阻從5Ω換成10Ω時，電阻變大，分壓變大，應向左調(diào)整滑片，使電壓表示數(shù)仍為2V；
滑動變阻器在電路中起分壓作用，當定值電阻換成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，說明她選擇的滑動變阻器最大阻值太小了；
④由實驗數(shù)據(jù)可知，當電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成反比．
（2）①閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表指針幾乎不動，說明為斷路，電壓表有示數(shù)，說明電壓表并聯(lián)部分斷路了，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，當電壓為2.5V時，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）分析實驗的原理可以得出其具體的步驟為：
①只閉合開關S₁，移動滑動變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開關S₂，保持滑動變阻器R₂的滑片位置不變，調(diào)節(jié)滑動變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁；
再將滑動變阻器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此時的電阻相同，即R_燈=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$，
小燈泡的額定功率P_額=I₁²R_燈=I₁²•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{{{UI}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
故答案為：（1）①見上圖；②正負接線柱接反了；③左；2；最大阻值太��；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）①I₁；②調(diào)節(jié)滑動變阻器R₁的滑片；③=$\frac{{{UI}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．

點評 本題即考查了“探究通過導體的電流跟電阻的關系”，又考查了“測量小燈泡電功率”，尤其是后一個實驗中，運用了兩種不同的測量方法，要求我們對實驗的原理、注意事項、歐姆定律及電功率的變形公式等有一個全面的了解和掌握，考查內(nèi)容多，有一定難度．