Question

6．小亮做“探究電流與電阻的關系”的實驗，連接的電路如圖甲所示，電源為可調(diào)節(jié)電壓的一電源，可用的定值電阻有5Ω、10Ω、30Ω，滑動變阻器的規(guī)格為“60Ω1A”．

（1）請你用筆畫線代替導線，把圖甲所示的實驗電路補充完整，并且使滑動變阻器連入電路的阻值最大．
（2）小亮想控制電壓表的示數(shù)為2V不變，則電源電壓選取的范圍是2V-6V．
（3）他將某個定值電阻接入電路后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)而電壓表無示數(shù)，則電路中的故障可能是R短路（選填“電阻”或“電壓表”）斷路；排除故障后閉合開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，達到實驗要 求時，電流表示數(shù)如圖乙所示，他所用的定值電阻為5Ω．
（4）保持電源電壓不變，他將原來的定值電阻換成10Ω的定值電阻后，閉合開關，應將滑動變阻器的滑片向右（選填“左”或“右”）移動，才能達到實驗要求．
（5）正確完成五次實驗后，小亮能得出的實驗結論是：電壓一定時，電流與電阻成反比．
（6）完成上述實驗后，小亮又設計了如圖丙所示的電路，來測量一個小燈泡的額定功率．已知小燈泡的額定電流為0.2A，電源電壓為6V保持不變，滑動變阻器A最大阻值為50Ω，請完成以下實驗步聚：
（1）閉合開關S、S₁，斷開S₂，移動滑動變阻器A的滑片，使電流的示數(shù)為0.2A，此時小燈泡正常發(fā)光；
（2）閉合開關S、S₂斷開S₁，保持滑動變阻器A的滑片位置不變，移動滑動變阻器B的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A，此時燈泡時的電阻就等于滑動變阻器B（選“A”或“B”）接入電路的電阻；
（3）再保持滑動變阻器B的滑片位置不變，將滑動變阻器A的滑片移到最右（選填“左”或“右”端），此時電流表的示數(shù)為0.1A；則小燈泡的額定電功率為0.4 W．

Answer 1

分析 （1）電壓表并聯(lián)到電阻的兩端，滑動變阻器串聯(lián)接入電路中；
（2）當滑動變阻器接入電路中的電阻最小且定值電阻的阻值最大時電阻兩端的電壓最小，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，從而求出電源電壓；
（3）常見電路故障有斷路與短路，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因；根據(jù)歐姆定律求出電阻值；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路分壓的規(guī)律可知用5Ω的電阻替換10Ω的電阻后電阻兩端電壓的變化情況，再根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律判斷滑動變阻器兩端電壓的變化，進一步確定滑片移動的方向；
（5）電壓一定時，電流與電阻成反比；
（6）通過燈泡的電流為0.2A時，燈泡會正常發(fā)光；電路圖中采用滑動變阻器B與燈泡并聯(lián)，利用的是替代法，根據(jù)電流表的示數(shù)和電源電壓求出滑動變阻器B的電阻，從而根據(jù)電功率的表達式求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）電壓表并聯(lián)到電阻的兩端，滑動變阻器串聯(lián)接入電路中，滑動變阻器采用一上一下的接法，如圖所示：
；
（2）不同電阻兩端電壓控制為2V，當滑動變阻器接入電路中的電阻最小且定值電阻的阻值最大時，電阻兩端的電壓最小：
由串聯(lián)電路的分壓特點可得R：R_滑=U_R：U_滑，帶入數(shù)據(jù)得：30Ω：60Ω=2V：U_滑，解得：U_滑=4V，故電源的最大電壓為：U=2V+4V=6V；
（3）閉合開關S，電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表無示數(shù)，說明電壓表斷路或與電壓表并聯(lián)的R短路；
電流表的示數(shù)為0.4A，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$得，定值電阻的阻值為：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω；
（4）用5Ω的電阻替換10Ω的電阻后，由于串聯(lián)電路起分壓作用，因此定值電阻兩端電壓變大，即電壓表的示數(shù)變大，要保持電壓表示數(shù)不變，需增大滑動變阻器兩端電壓，由串聯(lián)電路分壓規(guī)律可知，需增大滑動變阻器接入電路的阻值，故將滑片向右端移動；
（5）電壓一定時，電流與電阻成反比；
（6）①閉合開關S、S₁，斷開S₂，移動滑動變阻器A的滑片，使電流的示數(shù)為0.2A，此時小燈泡正常發(fā)光；
②閉合開關S、S₂斷開S₁，保持滑動變阻器A的滑片位置不變，移動滑動變阻器B的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A，此時滑動變阻器B相當于小燈泡，則燈泡的電阻就等于滑動變阻器B接入電路的電阻；
③再保持滑動變阻器B的滑片位置不變，將滑動變阻器A的滑片，使電流表的示數(shù)為0.1A，故應增大滑動變阻器A的電阻，故滑片移到最右端；
由I=$\frac{U}{R}$得此時電路中的總電阻為R'=$\frac{U}{I'}$=$\frac{6V}{0.1A}$=60Ω；滑動變阻器A的最大阻值為50Ω，則滑動變阻器B的電阻即小燈泡的電阻為：R_B=R_L=R'-R_A=60Ω-50Ω=10Ω；
燈泡的額定功率為：P=I²R_L=（0.2A）²×10Ω=0.4W．
故答案為：（1）如圖；（2）6；（3）R短路；5；（4）右；（5）反比；（6）②移動滑動變阻器B的滑片；B；③右；0.4．

點評 本題是探究電流與電阻關系的實驗，考查了控制變量法的應用，電流與電阻的關系及歐姆定律在串聯(lián)電路中的應用．