Question

11．小輝和小組的同學完成了下面的實驗：

（1）如圖甲所示：
（a）在探究“電流與電壓關系”的實驗中，滑動變阻器除保護電路外，還有改變定值電阻電壓的作用，小輝同學連接好電流閉合開關發(fā)現(xiàn)電流表電壓表都有示數(shù)，移動滑片當電流表示數(shù)增大時電壓表的示數(shù)減小，則他在實驗中連接電路時的問題是電壓表并聯(lián)在變阻器兩端了．
（b）在探究“電流和電阻的關系”的實驗中，定值電阻R₁由5Ω換成10Ω時，接下來滑動變阻器的滑片應向右（選填“左”或“右”）調節(jié)；若電源電壓為6V，R₁的可選最大電阻為20Ω，為保證電阻R₁兩端的電壓為2V，那么滑動變阻器R₂阻值應不小于40Ω．若滑動變阻器的最大電阻值為50Ω，則所選取R₁的最大阻值為25Ω．
（2）他做完實驗后，把定值電阻換成小燈泡，又完成了“測量額定電壓是2.5V的小燈泡電功率”的實驗，實驗原理是P=UI，如圖乙所示，他連接電路，閉合開關，改變滑動變阻器的阻值，記下各組對應的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制了如圖丙所示圖象，根據(jù)圖象可知小燈泡的額定電流是0.25A；額定功率是0.625W；燈絲的電阻是變化的（填“變化”或“不變”）．同組的李煜同學完成上述實驗后，向老師要了一個已知阻值為R₀的定值電阻和一個單刀雙擲開關，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設計如圖丁所示的實驗電路，測出了小燈泡的額定功率，請你幫她完成下列實驗步驟：
①連接好實驗電路，閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點2（選填“1”或“2”），移動滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
②保持滑片的位置不動，再將開關S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”），讀出電壓表的示數(shù)為U．
③小燈泡額定功率的表達式為P_額=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）（a）在探究“電流與電壓關系”的實驗中，為得出普遍性的結論要多次測量，據(jù)此分析變阻器的作用；
根據(jù)歐姆定律結合分壓原理確定變阻器的電壓變化回答；
（b）在探究“電流和電阻的關系”的實驗中，應控制電壓不變，先根據(jù)分壓原理確定換上大電阻電壓表示數(shù)的變化，再結合分壓原理確定滑片移動的方向；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律、分壓原理確定變阻器連入電路中的電阻與定值電阻大小關系分析求解；
（2）測功率的實驗原理：P=UI；
根據(jù)圖丙找到額定電壓下的電流，根據(jù)P=UI求額定功率；由圖象根據(jù)歐姆定律分析電阻的變化；
由丁圖可知，沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于2.5V，
然后測出此時定值電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）（a）在探究“電流與電壓關系”的實驗中，滑動變阻器除保護電路外，還有改變定值電阻電壓的作用；
小輝同學連接好電流閉合開關發(fā)現(xiàn)電流表電壓表都有示數(shù)，說明電路為通路，移動滑片當電流表示數(shù)增大時說明變阻器連入電路中的電阻減小，由分壓原理，變阻器的電壓減小，燈的電壓增大，因燈的電壓表的示數(shù)減小，則他在實驗中連接電路時的問題是電壓表并聯(lián)在變阻器兩端了；
（b）在探究“電流和電阻的關系”的實驗中，應控制電壓不變，當定值電阻R₁由5Ω換成10Ω時，
根據(jù)分壓原理可知，其分得的電壓增大；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可知應增大滑動變阻器分得的電壓，由分壓原理，應增大滑動變阻器連入電路中的電阻，所以滑片應向右端移動，使電壓表的示數(shù)不變；
 若電源電壓為6V，R₁的可選最大電阻為20Ω，為保證電阻R₁兩端的電壓為2V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓U_滑=6V-2V=4V，根據(jù)分壓原理，
滑動變阻器R₂阻值應不小于：
$\frac{4V}{2V}$×20Ω=40Ω；
同理，若滑動變阻器的最大電阻值為50Ω，則所選取R₁的最大阻值為：
$\frac{1}{2}$×50Ω=25Ω；
（2）他做完實驗后，把定值電阻換成小燈泡，又完成了“測量額定電壓是2.5V的小燈泡電功率”的實驗，實驗原理是P=UI；
并繪制了如圖丙所示圖象，根據(jù)圖象可知小燈泡的額定電流是0.25A，
額定功率是：
P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
因圖丙中電流與電壓的變化關系為一曲線，U=IR，即R不是定值，燈絲的電阻是變化的；
①閉合開關S₁，將S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)等于燈泡額定電壓2.5V；
②再將開關S₂撥到觸點1，并保持滑片的位置不變，讀出電壓表的示數(shù)U．
③開關轉換過程中，各電阻的電壓不變，電路中電流不變，燈仍正常工作，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律，電路電流即通過燈的額定電流：
I=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}=\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，
燈泡額定功率的表達式為：
P_額=U_額I=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）（a）改變定值電阻電壓；電壓表并聯(lián)在變阻器兩端了；（b）右；40；25；
（2）P=UI；0.25A；0.625；變化；①2；2.5；②1；③2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．

點評 本題探究“電流與電壓關系”的實驗，考查變阻器的作用、反�，F(xiàn)象的判斷、操作過程及對器材的要求和控制變量法的運用，同時還考查了測功率的原理、計算、數(shù)據(jù)的處理及設計實驗方案的能力，綜合性強，有難度．