Question

11．某小組同學(xué)用圖甲電路探究歐姆定律，實(shí)驗(yàn)中他們所用的定值電阻分別是5Ω、10Ω、20Ω，電源電壓為3V不變．

（1）如圖甲所示，是小華所連接的不完整實(shí)驗(yàn)電路，請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將缺少的導(dǎo)線連接好成完整電路．
（2）小華將電路接好后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表與電流表的示數(shù)太大．接下來應(yīng)進(jìn)行的操作是C（填寫字母代號）．
  A．更換電池或電阻    B．檢查電路是否短路    C．?dāng)嚅_開關(guān)，移動滑動變阻器滑片至最大值位置
（3）在探究“導(dǎo)體中的電流跟電阻的關(guān)系”時，小華將5Ω的電阻接入電路，電壓表如圖乙所示．后把定值電阻由5Ω換成10Ω，閉合開關(guān)后，下一步的操作是：將變阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）移動直至電壓表示數(shù)為2V．若要完成整個實(shí)驗(yàn)，選擇的滑動變阻器的最大阻值至少為10Ω．
（4）上述探究結(jié)束后，該組同學(xué)選擇原來的電源和兩只燈泡L₁“2.5V，0.3A”和L₂“3.8V，0.3A”，設(shè)計的電路如圖丙所示，探究“電功率跟電流、電壓的關(guān)系”．
①此實(shí)驗(yàn)設(shè)計是為了探究電功率與電壓的關(guān)系，通過燈的亮暗判斷來電功率的大小．
②為了探究電功率與電流的關(guān)系，小明認(rèn)為，利用圖丙電路只要通過移動滑動變阻器，改變電流觀察燈L₁或L₂亮度的變化，即可得出結(jié)論．則小明同學(xué)的方案不合理（選填“合理”或“不合理”），理由：小明方案中電壓與電流同時在改變，未控制電壓一定．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)歐姆定律求出電路的最大電流，與電流表小量程比較確定量程，將電流表串聯(lián)接入電路；
（2）如果電路總電阻太小，則電路電流將會較大，電表示數(shù)較大，應(yīng)增大滑動變阻器接入電路的阻值；
（3）探究電流與電阻的關(guān)系應(yīng)控制電阻兩端電壓不變，根據(jù)分壓原理確定變阻器滑片的移動方向；當(dāng)定值電阻為20Ω時，根據(jù)分壓原理求出滑動變阻器接入電路的最小阻值；
（4）燈泡亮度由燈泡實(shí)際功率決定，燈泡實(shí)際功率越大，燈泡越亮；探究功率與電流的關(guān)系，應(yīng)控制電壓相等而電流不同．

解答 解：（1）當(dāng)電路中接入最小電阻為5Ω時，電路中的最大電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，故電流表選用小量程，將電流表串聯(lián)在電路中，并注意正負(fù)接線柱的接法，如圖所示；

（2）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表與電流表的示數(shù)太大，說明電路的電阻太小，可能是滑動變阻器接入電路的阻值太小造成的，應(yīng)斷開開關(guān)，移動滑動變阻器滑片至最大值位置，故選C；
（3）電壓表量程為0～3V，由圖示電壓表可知，其分度值為0.1V，示數(shù)為2V；
在探究“導(dǎo)體中的電流跟電阻的關(guān)系”時，應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變，把定值電阻由5Ω換成10Ω，閉合開關(guān)后，根據(jù)分壓原理可知，定值電阻兩端電壓將變大，為保持電阻兩端電壓不變，應(yīng)增大滑動變阻器分得的電壓，應(yīng)增大變阻器接入電路的阻值，故應(yīng)將變阻器的滑片P向右移動直至電壓表示數(shù)為2V為止； 
若要完成整個實(shí)驗(yàn)，求選擇的滑動變阻器的最大阻值至少為多少，應(yīng)以最大的定值電阻來計算．電源電壓為3V，定值電阻兩端電壓控制為2V，則滑動變阻器兩端電壓為3V-2V=1V；
根據(jù)串聯(lián)分壓原理有：$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，用20歐電阻做實(shí)驗(yàn)時有：$\frac{1V}{2V}$=$\frac{{R}_{滑}}{20Ω}$，解得R_滑=10Ω；所以，要完成實(shí)驗(yàn)，選擇的滑動變阻器的最大阻值至少為10Ω．
（4）上述探究結(jié)束后，該組同學(xué)選擇原來的電源和兩只燈泡L₁“2.5V 0.3A”和L₂“3.8V 0.3A”，設(shè)計的電路如圖丙所示，探究“電功率跟電流、電壓的關(guān)系”．
①燈泡的亮度由燈泡的實(shí)際功率決定，燈泡的實(shí)際功率越大，燈泡越亮，可以根據(jù)燈泡的亮暗比較燈泡電功率的大�。�
②探究電功率與電流的關(guān)系，應(yīng)控制燈泡兩端電壓相等而電流不同，利用圖丙電路只通過移動滑動變阻器，改變電流觀察燈L₁或L₂亮度的變化時，燈泡的電壓與電流同時在改變，未控制電壓一定，故小明的方案不合理．
故答案為：（1）連線如上圖所示；
（2）C；   
（3）右；2；10；
（4）①燈的亮暗；  ②不合理；小明方案中電壓與電流同時在改變，未控制電壓一定．

點(diǎn)評 本題探究電流與電阻的關(guān)系、電功率與電壓的關(guān)系，考查了實(shí)物電路圖的連接、電路現(xiàn)象分析、器材的選擇、電表讀數(shù)、對實(shí)驗(yàn)方案的評估等問題，探究電流與電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)要應(yīng)用控制變量法，應(yīng)用控制變量法是正確解題的關(guān)鍵．