【題目】小軍用如圖所示的電路探究“通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”.
(1)小軍連接的電路有一處錯(cuò)誤,請(qǐng)只改動(dòng)一根導(dǎo)線,使電路連接正確(在應(yīng)改動(dòng)的導(dǎo)線上打“×”,用筆畫線代替導(dǎo)線畫出正確的接法)
(2)小軍改正錯(cuò)誤后,在開關(guān)閉合前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)放在最 (選填“右”或“左”)端.開關(guān)閉合后,發(fā)現(xiàn)電壓表無(wú)示數(shù),電流表有示數(shù),電路可能的故障是 .
(3)圖乙時(shí)他解決故障后某次實(shí)驗(yàn)的電流表和電壓表示數(shù),則小軍選擇的定值電阻是 Ω.若使電壓表的示數(shù)變大,小軍應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向 (選填“左”或“右”)移動(dòng).
(4)小軍進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)后,繪制了定值電阻的電流隨電壓變化的圖象(如圖丙所示).正確的圖象是 (選填“A”或“B”).
(5)小軍看到實(shí)驗(yàn)桌上有一個(gè)額定電壓為U的小燈泡,他想挑戰(zhàn)只用一只電流表測(cè)量該小燈泡的額定功率.小軍又找來(lái)一個(gè)已知阻值的定值電阻R0和兩個(gè)開關(guān)S1,S2,設(shè)計(jì)了如圖所示的電路圖,請(qǐng)補(bǔ)全小軍的實(shí)驗(yàn)步驟.
①只閉合開關(guān)S和 (選填“S1”或“S2”),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,使電流表的示數(shù)為 ;
②只閉合開關(guān)S和 (選填“S1”或“S2”),保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變,讀出此時(shí)電流表的示數(shù)為I;
③則小燈泡的額定功率的表達(dá)式為:P額= (用字母表示).
(6)小軍又想探究“通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻的關(guān)系”.他利用如圖戍所示的電路圖,選擇三個(gè)阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω的定值電阻.規(guī)格為“10Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器.若他想三次實(shí)驗(yàn)中控制電壓表的示數(shù)為2V不變,則電源電壓的選取范圍是2V~ V.
【答案】(1)如圖所示;
(2)左 電阻R短路;
(3)10; 右;
(4)A
(5)①S2;; ②S1;③U×(I﹣);
(6)3
【解析】
試題分析:(1)電壓表應(yīng)并聯(lián)在定值阻的兩端;
(2)開關(guān)閉合前,應(yīng)將滑片移至最大阻值處;電流表有示數(shù),應(yīng)排除斷路,電壓表無(wú)示數(shù),故障可能是與電壓表并聯(lián)的電路短路;
(3)認(rèn)清電流表、電壓表的小量程的分度值讀數(shù),根據(jù)歐姆定律求電阻大。
(4)電阻不變,電流與電壓成正比
(5)根據(jù)并聯(lián)電路電壓相等的特點(diǎn)判斷燈泡正常發(fā)光時(shí)電流表的示數(shù),根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)得出燈泡發(fā)光時(shí)的電流值,得出電功率的表達(dá)式;
(6)根據(jù)最大的定值電阻來(lái)計(jì)算最大電壓值.
解:(1)圖中電壓表并聯(lián)在燈泡與滑動(dòng)變阻器的兩端了,應(yīng)將電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端,這樣才能完成探究實(shí)驗(yàn),改正后的實(shí)物圖如圖所示;
(2)圖中滑動(dòng)變阻器滑片右邊的電阻絲連入電路,為保護(hù)電路元件的安全,應(yīng)將滑片移至最左端,使其接入電路的阻值最大;
開關(guān)閉合后,電流表有示數(shù),說(shuō)明電路中沒有斷路故障;電壓表無(wú)示數(shù),則可能是與電壓表并聯(lián)的電阻R短路;
(3)由圖乙知,電流表的量程為0~0.6A,分度值為0.02A,示數(shù)為0.24A;電壓表的量程為0~3V,分度值為0.1V,示數(shù)為2.4V;
所以定值電阻R==10Ω;
要使電壓表的示數(shù)變大,根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)可知,應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器的電壓;由分壓原理可知,應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值,故應(yīng)將滑片向右滑動(dòng);
(4)由于電阻R是定值電阻,所以,其電流與電壓成正比,故選A;
(5)①首先只閉合S和S2,定值電阻與燈泡并聯(lián)后與變阻器串聯(lián),此時(shí)電流表測(cè)量通過(guò)定值電阻R0的電流;
當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí),由于并聯(lián)電路各支路兩端電壓相等,則定值電阻兩端電壓也為U;
所以,此時(shí)通過(guò)定值電阻R0的電流為I0=,即當(dāng)電流表示數(shù)為為時(shí),燈泡一定正常發(fā)光;
所以,只閉合S和S2,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,使電流表的示數(shù)為;
②只閉合S和S1,電路仍然是定值電阻與燈泡并聯(lián)后與變阻器串聯(lián),但此時(shí)電流表測(cè)量干路電流I,由于滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變,R0和燈兩端的電壓不變,燈泡仍正常發(fā)光,通過(guò)定值電阻的電流不變,根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn),此時(shí)燈正常發(fā)光的電流:I額=I﹣I0=I﹣,則燈泡的額定功率P額=U額I額=U×(I﹣);
(6)定值電阻兩端的電壓始終為2V不變,當(dāng)用20Ω定值電阻做實(shí)驗(yàn)時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大為10Ω時(shí),此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓最大,電源電壓即為最大值.根據(jù)分壓原理有:,所以滑動(dòng)變阻器的電壓U滑=×UR=×2V=1V,則電源電壓的最大值為:U總大=1V+2V=3V.
由上分析知,電源電壓的范圍是2V~3V之間.
故答案為:
(1)如圖所示;
(2)左 電阻R短路;
(3)10; 右;
(4)A
(5)①S2;; ②S1;③U×(I﹣);
(6)3.
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