Question

4．在“探究電流做功與電壓、電流的關(guān)系”的活動(dòng)中，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲、乙、丙三個(gè)電路．

（1）同學(xué)們經(jīng)過討論，認(rèn)為不應(yīng)該選擇圖甲電路，原因是不能控制變量．
（2）為研究電功率與電壓的關(guān)系，應(yīng)該選擇圖丙所示的電路．
（3）實(shí)驗(yàn)中同學(xué)們是通過比較燈泡的亮度來比較電功率的大小的，因?yàn)殡姽β试酱蟮臒襞�，即單位時(shí)間消耗的電能越多，所以單位時(shí)間得到的功就越多，燈泡越亮．
（4）實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們使用的是可調(diào)電源，選擇的燈泡是“12V  6W”的燈泡L₁和（6V  4W）燈泡L₂ 那么為了保護(hù)電路元件，乙圖中電源電壓不能超過6V，丙圖中增大電源電壓足夠后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，則L₁燈泡首先正常發(fā)光，此時(shí)另一個(gè)燈泡兩端的電壓是4.5V．

Answer 1

分析 （1）電流做功的大小與電壓、電流和通電時(shí)間三個(gè)因素有關(guān)，當(dāng)研究與其中某一個(gè)因素的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制其余的因素不變；
（2）研究電功率與電壓的關(guān)系，應(yīng)控制電流的大小，通過比較電壓的大小，得出電功率與電壓的關(guān)系；
（3）燈的亮度取決于燈的實(shí)際功率，單位時(shí)間里電流做的功越多，電功率越大；
（4）乙圖中兩燈泡并聯(lián)，它們兩端的電壓相等，為了保護(hù)電路元件電源的電壓為兩燈泡額定電壓中較小的；丙圖中兩燈泡串聯(lián)，通過它們的電流相等，根據(jù)P=UI求出兩燈泡的額定電流，額定電流較小的先正常發(fā)光，根據(jù)歐姆定律求出不能正常發(fā)光燈泡的電阻，再根據(jù)歐姆定律求出不能發(fā)光燈泡兩端的電壓．

解答 解：（1）甲電路中，滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)時(shí)，燈泡兩端的電壓和電流都在變化，無法控制電流或者電壓不變，
因此無法利用控制變量法探究電流做功與電壓、電流的關(guān)系；
（2）研究電功率與電壓的關(guān)系，就應(yīng)該控制電路中的電流不變，通過比較電壓，得出電功率與電壓的關(guān)系，
圖丙中兩只燈泡串聯(lián)，控制了電流相同，
（3）由P=$\frac{W}{t}$可得，單位時(shí)間消耗的電能越多，電功率大，單位時(shí)間得到的功就越多，從而燈泡越亮；
（4）乙圖中兩燈泡并聯(lián)，
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，為了保護(hù)電路元件，電源的電壓為6V；
丙圖中兩燈泡串聯(lián)，
由P=UI可得，兩燈泡的額定電流分別為：
I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}$=$\frac{6W}{12V}$=0.5A，I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}$=$\frac{4W}{6V}$=$\frac{2}{3}$A，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，L₁燈泡首先正常發(fā)光，
由I=$\frac{U}{R}$可得，L₂燈泡的電阻：
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{6V}{\frac{2}{3}Ω}$=9Ω，
L₁燈泡正常發(fā)光時(shí)L₂兩端的電壓：
U₁′=I₁R₂=0.5A×9Ω=4.5V．
故答案為：
（1）不能控制變量；
（2）丙；
（3）電能；功；
（4）6；L₁；4.5．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道實(shí)驗(yàn)探究題，側(cè)重考查了控制變量法與轉(zhuǎn)換法的具體應(yīng)用，知道根據(jù)燈泡的亮度比較相同時(shí)間內(nèi)電流做功的多少是關(guān)鍵．