Question

實驗桌上擺放著如下實驗器材：滿足實驗要求的電源1個、阻值已知的定值電阻（R₀）和電阻箱（電路圖符號）各一個，電流表、電壓表各1塊，滑動變阻器1個，開關(guān)1個，導(dǎo)線若干．請選用上述實驗器材，設(shè)計一個實驗證明“兩個電阻R₀與R串聯(lián)，當(dāng)通過這兩個電阻的電流和電阻R₀保持不變時，這兩個電阻串聯(lián)后的總功率與電阻R的關(guān)系為：P=I²R+k（k為常量）”．請你畫出實驗電路圖，寫出實驗步驟，畫出實驗數(shù)據(jù)記錄表．

Answer 1

解：（1）電阻R₀與電阻箱、滑動變阻器串聯(lián)，電流表測干路電流，電壓表測電阻箱和定值電阻兩端的電壓，如下圖所示：

（2）實驗步驟：
①調(diào)節(jié)電流表、電壓表使指針在零刻線位置；斷開開關(guān)S，按照電路圖連接實驗電路；
②閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱R為適當(dāng)電阻值R₁．讀出電流表、電壓表的示數(shù)I₁和U，并把數(shù)據(jù)R₀、R₁、I和U記錄在表格中；
③仿照步驟②，分別改變5次電阻箱R的阻值，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表的示數(shù)保持不變，用電壓表測量相應(yīng)電壓的數(shù)據(jù)，讀出電阻值R₂、R₃、R₄、R₅、R₆及所對應(yīng)的電壓值U₂、U₃、U₄、U₅、U₆并把數(shù)據(jù)記錄在表格中；
④利用P=UI求出兩個電阻串聯(lián)后的總功率，根據(jù)P=I²R求出R、R₀的功率，并記錄在數(shù)據(jù)記錄表格中．
（3）實驗數(shù)據(jù)記錄表：

實驗次數(shù)	1	2	3	4	5	6
R0/Ω
R/Ω
I/A
U/V
P總
PR
P0

分析：根據(jù)實驗要求，將一個定值電阻與電阻箱串聯(lián)，因為要保證電流不變，所以還串聯(lián)一個滑動變阻器，當(dāng)改變電阻箱接入電路的電阻時，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的電阻，使電路中電流不變．因為是證明兩個電阻串聯(lián)后兩端的總功率與另一個電阻R的關(guān)系為：P=I²R+k，所以要測出兩個電阻串聯(lián)時兩端的總電壓，根據(jù)P=UI得出總功率；R的阻值可從電阻箱上讀出來，根據(jù)P=I²R求出定值電阻和電阻箱電阻的電功率，即k=I²R₀；這樣改變電阻箱的阻值，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，保證電流不變，就可得到多組數(shù)據(jù)．記錄在表格中，然后分析歸納就可證明兩個電阻串聯(lián)后兩端的總電壓與另一個電阻R的關(guān)系為：P=I²R+k（k為常量）．
點評：將按實驗要求：要不斷改變變阻箱的阻值從而改變電壓，這時電流要改變；根據(jù)控制變量法的思路，要注意保證電流不變，所以要通過滑動變阻器來調(diào)節(jié)電流保持不變．