Question

11．小明在學(xué)習(xí)了電學(xué)知識后，設(shè)計如圖甲所示電路，完成如下實驗探究：

（1）請用筆畫線將圖乙補充完整，要求滑動變阻器的滑片向右滑動時電阻變大．
（2）閉合S₁、斷開S₂，移動滑動變阻器的滑片，記錄電壓表和電流表示數(shù)，多次實驗繪制I-U圖象，如圖丙中a所示．此過程探究的是電阻一定時，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系．
（3）仍然閉合S₁、斷開S₂，依次將定值電阻R換成R₁、R₂，且R＜R₁＜R₂，要使電壓表示數(shù)保持不變，應(yīng)將滑動變阻器的滑片P向右（選填“左”或“右”）；實驗過程中，小明發(fā)現(xiàn)把R₁換成R₂，無論怎樣調(diào)節(jié)滑片都無法使用電壓表調(diào)到控制值，說明選擇的滑動變阻器的最大阻值偏�。�
（4）斷開S₁、閉合S₂，移動滑動變阻器的滑片進(jìn)行實驗，小燈泡突然熄滅，檢查發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，請你幫小明分析電路故障可能是小燈泡斷路．小明換用額定電壓為2.5V的小燈泡繼續(xù)實驗，燈泡正常發(fā)光時，電流表示數(shù)如圖丁所示，小燈泡的額定功率為1W，根據(jù)記錄小燈泡的電壓和電流的數(shù)據(jù)，繪制成電壓和電流的關(guān)系圖象如圖丙中b所示，圖象中A、B、C三點R_A、R_B、R_C的阻值由大到小的順序為R_A＜R_C＜R_B．
【拓展】小明發(fā)現(xiàn)，如果小燈泡的額定電壓和電阻R已知，在原有器材中去掉電流表，也可完成“測量小燈泡的額定功率”的實驗．請在虛線框內(nèi)畫出他設(shè)計的電路圖．

Answer 1

分析 （1）據(jù)滑動變阻器的接法連接即可；
（2）由電阻器的I-U圖象得出得出實驗結(jié)論；
（3）將電阻R換成了電阻R₁、R₂時，電路中的總電阻變大，電路中的電流減小，滑動變阻器兩端的電壓減小，電壓表的示數(shù)變大；要探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，為保證電阻兩端的電壓不變，要通過調(diào)節(jié)滑片，使滑動變阻器兩端的電壓變大，從而使電阻兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼闹担?br />（4）此時電流表無示數(shù)，即表明是斷路，但電壓表有示數(shù)，即表明此時電壓表測量的是電源電壓，故分析可得結(jié)果；
由圖示電流表確定電流表量程與分度值，讀出電流表示數(shù)，然后由電功率公式P=UI求出燈泡額定功率；由圖比較各點電壓、電流值，由R=$\frac{U}{I}$得出三點電阻大��；
此題中沒有電流表，故需要讓定值電阻的電流和小燈泡的電流相等，故將其串聯(lián)，而后據(jù)題目分析即可判斷．

解答 解：（1）滑動變阻器在使用時，其接法必須是一上一下，滑動變阻器滑片向右移動阻值變大，故變阻器的下接線柱應(yīng)在A端；如下圖：

（2）由電阻的I-U圖象可知可以得出，電阻一定時，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比；
（3）電阻R換成了電阻R₁、R₂時，電路中的總電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流變小，此時變阻器的阻值不變，則滑動變阻器分得的電壓變小，電阻分得的電壓變大；要探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，所以應(yīng)調(diào)節(jié)滑片向右移動，增大滑動變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數(shù)保持不變；
當(dāng)把R₁換成R₂時（R₁＜R₂），由于定值電阻的阻值增大，要保證定值電阻兩端的電壓和變阻器兩端電壓均不變，根據(jù)分壓原理可知，滑動變阻器接入的阻值必須繼續(xù)增大，現(xiàn)在無論怎樣調(diào)節(jié)滑片都無法使用電壓表調(diào)到控制值，說明選擇的滑動變阻器的最大阻值偏�。�
（4）分析題目可知，此時電流表無示數(shù)，即表明是斷路，但電壓表有示數(shù)，即表明此時電壓表測量的是電源電壓，故分析可得是由于小燈泡斷路造成的；
由圖乙所示電流表可知，電流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.4A，
燈泡額定功率是P=UI=2.5V×0.4A=1W；
由丙圖線是正比例圖線，所以B點電阻與a、b相交處電阻相等，即R_B=R_交點，
由圖線b可知，燈泡兩端的電壓變大時，電流變大，
燈泡的實際功率變大，燈泡變亮，溫度升高，燈泡的電阻增大，
所以R_A＜R_C＜R_交點，即：R_A＜R_C＜R_B．
【推展】此題中沒有電流表，需要讓定值電阻的電流和小燈泡的電流相等，將小燈泡、電阻R和滑動變阻器串聯(lián)可滿足要求，但兩開關(guān)的位置是不同的；
如下圖所示：

閉合開關(guān)S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為小燈泡的額定電壓U₁；斷開S₁，閉合S₂，記錄電壓表的示數(shù)U₂．
此時R的電壓為U=U₂-U₁；通過R的電流為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$；
則測得燈泡的額定功率為：P=U₁I=$\frac{{U}_{1}（{U}_{2}-{U}_{1}）}{R}$．
故答案為：（1）見上圖；
（2）電阻一定時，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系；
（3）右；偏�。�
（4）小燈泡斷路；1；R_A＜R_C＜R_B；如下圖：
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點評 本題考查了連接電路圖、實驗注意事項、電表讀數(shù)、電路故障分析、求燈泡電功率等問題，是實驗的常考問題；對電表讀數(shù)時，要先確定電表量程與分度值，然后再讀數(shù)；該題的難點是設(shè)計測量電功率的電路，能據(jù)題目分析出需要將燈泡、定值電阻和變阻器串聯(lián)是解決該題的關(guān)鍵．