Question

14．某小組同學(xué)用圖甲的電路圖探究電流與電壓、電阻的關(guān)系，實驗中他們所用的定值電阻分別是5Ω、10Ω、15Ω．電源電壓是4.5V不變．

（1）在探究“導(dǎo)體中的電流跟兩端電壓的關(guān)系”時，選用了某一定值電阻，連接電路閉合開關(guān)后，移動變阻器的滑片P，當(dāng)電流表的示數(shù)是0.28A時，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，這時定值電阻兩端的電壓是2.8V，請幫助該小組設(shè)計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格．
（2）在探究“導(dǎo)體中的電流跟電阻的關(guān)系”時，控制定值電阻兩端電壓3V不變，選用的電阻是5Ω，10Ω，15Ω．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（選填“左”或“右”）移動，目的是使電阻兩端的電壓保持不變，若要完成整個實驗，選擇的滑動變阻器的最大阻值至少為7.5Ω
（3）上述實驗技術(shù)后，改組同學(xué)把定值電阻換成“0.2A”的小燈泡，準(zhǔn)備測量小燈泡的額定功率，卻發(fā)現(xiàn)實驗桌上電壓表不見了，而多了一個開關(guān)，于是該組同學(xué)設(shè)計了如圖丁所示的電路，也測出了小燈泡的額定功率，請你將小紅的主要實驗步驟補充完成（電源電壓用U表示）
①只閉合開關(guān)S₁，將滑動變阻調(diào)到最大阻值，移動滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A，此時小燈泡正常發(fā)光；
②保持滑動變阻器滑片的位置不動，再閉合開關(guān)S₂，記下此時電流表的示數(shù)為I；
③寫出小燈泡額定功率的表達(dá)式P=（U-$\frac{0.2A•U}{I}$）×0.2A．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)角度及電源電壓，確定電壓表的量程、分度值，得出電壓值，計算出電阻，設(shè)計表格；
（2）要探究“導(dǎo)體中的電流跟電阻的關(guān)系”，需通過調(diào)節(jié)滑動變阻器保持電阻兩端的電壓不變；
根據(jù)串分壓的知識，當(dāng)電阻的阻值最大時，所需滑動變阻器的阻值最大；
（3）要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)該使得通過小燈泡的電流為“0.2A”即達(dá)到其額定電流；利用P=UI分析可知利用滑動變阻器得到小燈泡兩端的電壓，即可求出其額定功率．

解答 解：（1）由題意知，電源電壓為4.5V，由圖乙知，電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角度很大，所以電壓表選擇的是0～3V的量程，分度值為0.1V，示數(shù)為2.8V；
則電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.8V}{0.28A}$=10Ω；
的電流跟兩端電壓的關(guān)系”，要保持電阻不變，改變電壓，并測出電流的變化，設(shè)計表格如下：

實驗次數(shù)	電阻R/Ω	電壓U/V	電流I/A
1	10
2	10
3	10
4	10

（2）把定值電阻由5Ω換成10Ω，電阻兩端的電壓變大，所以應(yīng)增大滑動變阻器的阻值，將滑片向右移動，保持電阻兩端的電壓不變；
電阻的最大阻值為15Ω，根據(jù)串分壓的知識，此時所需滑動變阻器的阻值最大；
電路中電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{15Ω}$=0.2A；
所以R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-3V}{0.2A}$=7.5Ω；
（3）①因為小燈泡的額定電流為0.2A，所以將滑動變阻器調(diào)到最大阻值，只閉合開關(guān)S₁，移動滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A，此時小燈泡正常發(fā)光；
②保持滑動變阻器滑片的位置不動，再閉合開關(guān)S₂，燈泡短路，此時電路中只有滑動變阻器，記下此時電流表的示數(shù)為I；
③開關(guān)閉合時，電流為I，則變阻器的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$，所以小燈泡的額定電壓U_L=U-U_滑=U-0.2A×$\frac{U}{I}$，所以小燈泡額定功率的表達(dá)式P=U_LI_L=U_L×0.2A=（U-$\frac{0.2A•U}{I}$）×0.2A．
故答案為：（1）2.8；表格如上；（2）右；使電阻兩端的電壓保持不變；7.5；（3）①使電流表的示數(shù)為0.2A；②再閉合開關(guān)S₂；③（U-$\frac{0.2A•U}{I}$）×0.2A．

點評 此題是探究導(dǎo)體中的電流和電壓、電阻的關(guān)系，考查了實驗表格的繪制及電壓表的讀數(shù)，（3）問中燈泡電功率的測量是難點，根據(jù)電壓不變，得出燈泡的額定功率是關(guān)鍵．