Question

20．滑縣某中學(xué)“陽明”興趣小組在學(xué)習(xí)完電學(xué)以后，想對定值電阻中的電流跟兩端電壓的關(guān)系和小燈泡中的電流跟兩端電壓的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)行再次研究與對比，達(dá)到溫故而知新的學(xué)習(xí)效果．該小組同學(xué)利用圖甲所示電路，進(jìn)行如下的實驗探究．
一、定值電阻中的電流跟兩端電壓的關(guān)系．
二、額定電壓已經(jīng)模糊、額定功率為1W的小燈泡中的電流跟兩端電壓的關(guān)系．

次數(shù) 物理量	1	2	3
U/V	2.0	4.0	5.0
I/A	0.20	0.38	0.50

（1）閉合S₁、斷開S₂，滑動變阻器在此電路中除保護(hù)電路外，還有改變定值電阻兩端的電壓和電路中的電流的作用；移動滑動變阻器的滑片，電流表的示數(shù)較小且不變，原因是滑動變阻器連成了定值電阻，阻值最大，排除故障后進(jìn)行實驗，得到右上表格中的三組數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，可歸納出的結(jié)論是電阻一定時，電阻中的電流跟電阻兩端的電壓成正比；由表格中的數(shù)據(jù)可知電阻R=10.2Ω（結(jié)果保留一位小數(shù)）．
（2）斷開S₁、閉合S₂，移動滑動變阻器的滑片進(jìn)行有關(guān)測量，根據(jù)記錄到的燈泡L的電壓和電流的數(shù)據(jù)，繪制成電壓和電流的關(guān)系圖象（如圖乙），小燈泡的額定電壓為2.5V，根據(jù)圖象，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5V時，50s時間內(nèi)，燈泡L消耗的電能是50J．對比定值電阻和燈泡的電阻，小燈泡的電阻變化的原因是燈絲的電阻受溫度的影響．

Answer 1

分析 （1）要掌握滑動變阻器的作用，研究電流與電壓的關(guān)系時，需要改變電壓值，所以滑動變阻器的作用除了保護(hù)電路外，更重要的是改變電阻兩端的電壓和電路中的電流．
掌握滑動變阻器的連接方法，需接“一上一下”，若同時接上面兩個接線柱，則造成短路；若同時接下面兩個接線柱，則相當(dāng)于接入定值電阻．
分析電壓值和電流值的變化情況，從而得出電壓隨電流的變化關(guān)系．
（2）要掌握功率的計算公式P=UI，找出當(dāng)功率是1W時的電壓值．
確定電壓是2.5時的電流值，后根據(jù)W=UIt計算燈泡消耗的電能．
知道燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．

解答 解：（1）閉合S₁、斷開S₂，電阻R與滑動變阻器串聯(lián)在電路中．此實驗是研究定值電阻中的電流與兩端電壓的關(guān)系，所以滑動變阻器在此實驗中除了起到保護(hù)電路之外，還有改變電阻兩端的電壓和電路中的電流的作用．
滑動變阻器若連接下面兩個接線柱，則此時滑動變阻器接入電路中的電阻為其最大阻值，同時相當(dāng)于一個定值電阻．
從表格中數(shù)據(jù)可以看出，電阻兩端的電壓增大為原來的幾倍，通過電阻的電流也跟著增大為原來的幾倍，所以可以看出電阻一定時，導(dǎo)體中的電流與其兩端的電壓成正比．
通過表格中數(shù)據(jù)分別計算三次測得的電阻值．R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω；R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{4V}{0.38A}$≈10.5Ω；R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{5V}{0.5A}$=10Ω
所以電阻的阻值為：R=$\frac{{R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}}{3}$=$\frac{10Ω+10.5Ω+10Ω}{3}$≈10.2Ω．
故答案為：（2）斷開S₁、閉合S₂，此時燈泡與滑動變阻器串聯(lián)在電路中．根據(jù)已知條件小燈泡的額定功率為1W，由圖象知，當(dāng)燈泡兩端的電壓為2.5V時，通過燈泡的電流為0.4A，根據(jù)P=UI，此時燈泡的功率為1W．所以燈泡的額定電壓為2.5V．
當(dāng)燈泡兩端的電壓為2.5V時，小燈泡的功率為額定功率即1W，所以50s內(nèi)燈泡消耗的電能是W=Pt=1W×50s=50J．
從圖象可以看出，燈絲的電阻隨兩端電壓的增高而增大，而定值電阻的阻值幾乎不隨電壓的變化而變化．燈絲發(fā)光時溫度很高，所以會造成燈絲溫度的變化，從而影響燈絲的電阻．
故答案為：（1）改變定值電阻兩端的電壓和電路中的電流；滑動變阻器連成了定值電阻，阻值最大；電阻一定時，電阻中的電流跟電阻兩端的電壓成正比；10.2；（2）2.5；50；燈絲的電阻受溫度的影響．

點評 此題通過開關(guān)的斷開和閉合分別考查了電流與電壓的關(guān)系以及有關(guān)電能和功率的計算．解決此題的關(guān)鍵是會分析數(shù)據(jù)和圖象，能夠從表格的數(shù)據(jù)和圖象中得到有關(guān)信息，從而進(jìn)行有關(guān)計算．