Question

6．小張同學(xué)在測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻的實(shí)驗(yàn)中，選用的電源電壓為4.5V，小燈泡正常發(fā)光的電壓為2.5V．如圖甲所示是已連接完整的實(shí)驗(yàn)電路．

（1）連接實(shí)驗(yàn)電路的過程中開關(guān)應(yīng)斷開．
（2）閉合開關(guān)后，緩慢移動滑動變阻器的滑片P，同時觀察電壓表（選填“電壓表”或“電流表”）示數(shù)的變化，當(dāng)電壓表的示數(shù)如圖乙所示時，其讀數(shù)為2.1V；若要測得小燈泡正常發(fā)光時的電阻，滑片P應(yīng)向左（選填“左”或“右”）端移動．
（3）另一組的小杜同學(xué)在連線時，不小心將線接錯了，當(dāng)開關(guān)閉合后，移動滑動變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變大時，電壓表示數(shù)卻變小，請分析產(chǎn)生這個現(xiàn)象的原因是電壓表與滑動變阻器并聯(lián)了．
（4）電路正常后，改變滑片P的位置，獲得多組對應(yīng)的電壓、電流值，繪制了如圖丙所示的I-U圖象．由圖象可知，小燈泡正常發(fā)光時的電阻約為8.3Ω（保留一位小數(shù)）．
（5）接著，小杜換用另一未知電壓的新電源和一些定值電阻（替換小燈）利用圖甲同樣的電路又做了幾次實(shí)驗(yàn)，保持滑動變阻器滑片在某一位置不變，記錄了以下數(shù)據(jù)，有了新的發(fā)現(xiàn)：可以將電壓表改成直接讀出電阻值的歐姆表，請你幫他刻出5.0V處標(biāo)為50Ω．

次數(shù)	1	2	3	4	5
電阻R（Ω）	5	10	15	20
電壓U（V）	2.0	3.0	3.6	4.0	5.0

（6）小濤同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，還測出了通過同一定值電阻的不同電流值和對應(yīng)的電壓值，如下表所示：

U/（V）	0.5	0.8	1.1	1.4	1.7	2.0
I/（A）	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6

小濤發(fā)現(xiàn)電流與電壓不成正比，請你分析表中數(shù)據(jù)，判斷其原因是電壓表使用前沒有校零．

Answer 1

分析 （1）為了防止短路的發(fā)生，在連接和拆除電路時，開關(guān)應(yīng)是斷開的；
（2）要測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻，需使小燈泡兩端的電壓等于額定電壓；
確定電壓表的量程后讀出電壓表的數(shù)值，根據(jù)串聯(lián)電路分壓的知識或歐姆定律判斷滑動變阻器阻值的變化，得出滑片移動的方向；
（3）伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)與被測電阻并聯(lián)，當(dāng)滑動變阻器接入電路的阻值減小時，電路電流變大，被測電阻兩端電壓變大，
滑動變阻器兩端電壓減小，電流表與電壓表示數(shù)變大，如果電壓表與滑動變阻器并聯(lián)則電流表示數(shù)增大時，電壓表示數(shù)減小，據(jù)此分析答題；
（4）根據(jù)圖象確定額定電壓下的電流，根據(jù)公式R=$\frac{U}{I}$計(jì)算出電阻的阻值；
（5）根據(jù)電源電壓和滑動變阻器的阻值不變結(jié)合歐姆定律及串聯(lián)電路的電流、電壓特點(diǎn)得出5.0V時的電阻值；
（6）分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，表格中電壓值都減去0.2V時，電流值與電壓值成正比．

解答 解：（1）在連接電路的過程中，防止短路故障而燒壞元件，所以開關(guān)應(yīng)該始終是斷開的．
（2）閉合開關(guān)后，緩慢移動滑動變阻器的滑片P，同時觀察電壓表示數(shù)的變化；
由圖乙知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，電壓表示數(shù)為2.1V，即燈泡兩端的電壓為2.1V；
要使燈泡兩端電壓由2.1增大到2.5V，滑動變阻器連入電路的電阻應(yīng)減小，所以滑片P應(yīng)向左端移動．
（3）閉合開關(guān)移動滑片，電流表示數(shù)增大，說明電路電阻減小，
因串聯(lián)電路中導(dǎo)體兩端電壓與其阻值成正比，電壓表示數(shù)減小，說明與電壓表并聯(lián)的電阻減小了，
所以原因是電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端了．
（4）由圖象可知，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時的電壓U=2.5V，
由圖象可知對應(yīng)的電流I=0.3A；
由I=$\frac{U}{R}$得，小燈泡正常發(fā)光時的電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω；
（5）由表格中1、2數(shù)據(jù)，根據(jù)串聯(lián)分壓特點(diǎn)可得，
$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{2.0V}{5Ω}$=$\frac{U-2.0V}{{R}_{滑}}$------①
$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-{U}_{2}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{3.0V}{10Ω}$=$\frac{U-3.0V}{{R}_{滑}}$------②
聯(lián)立①②解得：U=6.0V，R_滑=10Ω，
當(dāng)電壓表示數(shù)U₅=5.0V時，
此時滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U₅=6.0V-5.0V=1.0V，
電路中的電流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1.0V}{10Ω}$=0.1A，
由I=$\frac{U}{R}$得，第5次定值電阻的阻值：
R₅=$\frac{{U}_{5}}{I}$=$\frac{5.0V}{0.1A}$=50Ω．
（6）分析表格中數(shù)據(jù)可知：電壓值都去掉0.2V時，電流與電壓成正比，所以可能的原因是電壓表使用前沒有校零．
故答案為：（1）斷開；
（2）電壓表；2.1；左；
（3）電壓表與滑動變阻器并聯(lián)了；
（4）8.3；
（5）50；
（6）電壓表使用前沒有校零．

點(diǎn)評 本題考查了電路連接過程中的注意事項(xiàng)、滑動變阻器的使用、電壓表的使用及讀數(shù)、電路故障的判斷、電阻的計(jì)算等知識，涉及到的知識點(diǎn)較多，其中第（5）問主要根據(jù)串聯(lián)分壓的特點(diǎn)及歐姆定律進(jìn)行解答，難度較大，一定要注意掌握．