Question

18．在“探究電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)有器材如下：電源（電壓恒定但未知），四個(gè)定值電阻R₁（5Ω）、R₂（10Ω）、R₃（15Ω）、R₄（20Ω），標(biāo)有“×Ω1A”的滑動(dòng)變阻器（阻值模糊不清），電壓表（可用量程：0～3V、0～15V），電流表（可用量程：0～0.6A），導(dǎo)線、開關(guān)．

（1）設(shè)計(jì)并正確連接如圖甲所示的電路，把定值電阻R₁接入圖甲中的A、B 兩點(diǎn)之間，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最右（選填“左”或“右”）端，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2V 時(shí)，電流表的示數(shù)應(yīng)為0.4A．
（2）用R₂直接替換R₁，閉合開關(guān)，電壓表示數(shù)大于（選填“大于”、“等于”或“小于”）2V，需要向右（選填“左”或“右”）移，才能使電壓表示數(shù)回到2V．
（3）重復(fù)（1）的實(shí)驗(yàn)步驟，分別再用定值電阻R₃、R₄依次替換R₂，根據(jù)所得的四次試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出I-R 圖象，如圖乙所示，由圖象可得出的結(jié)論是：在導(dǎo)體兩端電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
（4）當(dāng)使用定值電阻R₄進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，剛一閉合開關(guān)，就發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)恰好為2V，為了用以上四個(gè)定值電阻完成實(shí)驗(yàn)且確保電路安全，應(yīng)控制A、B 兩點(diǎn)之間的電壓在2V-3V范圍內(nèi)．
（5）在使用定值電阻R₁和R₄進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，讀取數(shù)據(jù)時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的電功率之比為4：1．
（6）若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)R₃電阻已損壞，臨時(shí)用3V0.6W 小燈泡替代該電阻，在原來(lái)實(shí)驗(yàn)要求不變情況下（保持2V 不變），還能完成此實(shí)驗(yàn)嗎？（請(qǐng)說(shuō)明原因）不能，因?yàn)?V 時(shí)燈絲溫度小于3V 燈絲溫度，此時(shí)燈絲電阻小于15Ω．

Answer 1

分析 （1）閉合開關(guān)前，需將滑動(dòng)變阻器的滑片移到阻值最大處；根據(jù)歐姆定律可求出電壓表示數(shù)為2V時(shí)電流表的示數(shù)；
（2）根據(jù)控制變量法，研究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，需控制定值電阻的電壓相同，當(dāng)換上大電阻時(shí)，根據(jù)分壓原理確定電壓表示數(shù)的變化，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；
（3）電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路分壓規(guī)律可知，定值電阻兩端電壓的最小值，據(jù)此得出AB之間的電壓范圍；
（5）先根據(jù)圖乙讀出定值電阻R₁和R₄接入電路時(shí)電流，然后P=UI即可求出滑動(dòng)變阻器消耗的電功率之比；
（6）根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出燈正常發(fā)光時(shí)的電阻大小，根據(jù)燈絲的電阻隨溫度的升高而增大分析．

解答 解：（1）閉合開關(guān)前，需將滑動(dòng)變阻器的滑片移到阻值最大處，故將滑片移到最右端；
電流表的示數(shù)：
I=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{2V}{5Ω}$=0.4A；
（2）根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知，用R₂直接替換R₁，電阻增大，其分得的電壓增大；
探究電流與電阻的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制電壓不變，應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可知應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器分得的電壓，由分壓原理，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻，所以滑片應(yīng)向右端移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2V．
（3）根據(jù)圖乙中4個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$的變形公式：
U=IR=0.4A×5Ω=0.2A×10Ω=----=2V，在導(dǎo)體兩端電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比；
（4）因?yàn)镽₄的阻值最大，因此當(dāng)R₄接入電路時(shí)，電壓表示數(shù)剛好為2V，說(shuō)明R₄兩端的最小電壓為2V，因此為了用以上四個(gè)定值電阻完成實(shí)驗(yàn)且確保電路安全，應(yīng)控制A、B兩點(diǎn)之間的電壓在大于2V范圍內(nèi)；
由于電流表的量程為0.6A，因此定值電阻兩端允許的最大電壓：U_最大=I_最大R₁=0.6A×5Ω=3V；
故A、B兩點(diǎn)之間的電壓范圍為2V～3V；
（4）根據(jù)圖乙可知，當(dāng)R₁接入電路時(shí)，電路電流為0.4A；當(dāng)R₄接入電路時(shí)，電路電流為0.1A；
因?yàn)槎ㄖ惦娮鑳啥穗妷合嗟�，電源電壓不變，因此滑�?dòng)變阻器兩端電壓也相等；
由P=UI可得，滑動(dòng)變阻器消耗的電功率之比：
P₁：P₄=I₁：I₄=0.4A：0.1A=4：1．
（6）根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，3V0.6W 燈的電阻：
R=$\frac{{U}^{2}}{P}=\frac{（3V）^{2}}{0.6W}$=15Ω，即在3V時(shí)燈的電阻大小，
通過(guò)燈的電流隨電壓的增大而變大，根據(jù)P=UI，燈的功率變大，燈絲的溫度升高，燈絲的電阻變大，故燈2V 時(shí)燈絲溫度小于3V 燈絲溫度，此時(shí)燈絲電阻小于15Ω．
故答案為：
（1）右；  0.4；   （2）大于；（3）反比；（4）2V-3V；
（5）4：1；（6）不能，因?yàn)?V 時(shí)燈絲溫度小于3V 燈絲溫度，此時(shí)燈絲電阻小于15Ω．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究電阻上的電流跟它兩端電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，注意控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，考查了實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出，同時(shí)考查了I-R圖象的分析及影響電阻大小的因素．