Question

8．在探究“電流與電阻的關(guān)系”的實驗中有如下實驗器材：電源（4.5V），電流表、電壓表各一只，開關(guān)一個，三個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω），滑動變阻器R₁“20Ω  1A”，滑動變阻器R₂“50Ω  1A”，導線若干．
（1）某同學剛連接完最后一根導線，立即看到小燈泡發(fā)出明亮的光，并很快熄滅，請你幫他指出實驗中兩個操作不當之處：連接電路時，開關(guān)沒有斷開、沒有將滑動變阻器的最大阻值連入電路中．
（2）糾正錯誤后，小明先將5Ω的電阻連入電路中，閉合開關(guān)，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為1.5V，并記下電流值；再分別改接10Ω、15Ω的電阻，重復上述實驗，得到了表中的實驗數(shù)據(jù)；

電阻	5	10	15
電流（A）	0.3	0.15	0.1

（3）將5Ω電阻換成10Ω電阻后，閉合開關(guān)，應(yīng)將滑動變阻器的滑片向右（選填“左”或“右”）移動，當觀察到電壓表示數(shù)為1.5 V時，才能記錄電流表示數(shù)；
（4）實驗中小明應(yīng)選擇的滑動變阻器是R₂（選填“R₁”或“R₂”），多次移動滑動變阻器滑片的目的是控制電壓表示數(shù)不變．
（5）通過上述實驗得出的結(jié)論是在電壓不變時，通過導體的電流與導體的電阻成反比．
（6）小明想繼續(xù)研究要測量標有電壓為2.5V的小燈泡電阻的實驗中，已知電源電壓為4.5V，電路圖如圖1所示：

①請根據(jù)電路圖，將圖2實物圖連線補充完整．
②小芳閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡很暗，電壓表和電流表均有示數(shù)，但無論如何移動滑動變阻器滑片，小燈泡亮度、電壓表和電流表示數(shù)均不發(fā)生變化，請分析其原因：將變阻器的最大電阻連入電路中了．
③故障排除后，小芳移動滑動變阻器，分別記錄電壓表、電流表示數(shù)，并描繪出燈泡L的I-U圖象，如圖3中甲所示，則小燈泡正常發(fā)光時的電阻為12.5Ω．小芳還發(fā)現(xiàn)燈絲的電阻隨溫度的升高而增大（“增大”、“減小”或“不變”）．
④如果將該小燈泡與圖中乙所示電阻串聯(lián)起來，接在4.5V 的電路中，則它們的總功率為0.9W．

Answer 1

分析 （1）為保護電路，連接電路時，開關(guān)應(yīng)斷開；將滑動變阻器的最大阻值連入電路中；
（3）根據(jù)控制變量法，研究電流與電阻的關(guān)系時，需控制定值電阻的電壓相同，當換上大電阻時，根據(jù)分壓原理確定電壓表示數(shù)的變化，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合分壓原理確定滑片移動的方向；
（4）由歐姆定律求出電壓表控制不變的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律得出變阻器分得的電壓，由分壓原理確定變阻器的規(guī)格；根據(jù)研究電流與電阻的關(guān)系時控制電壓表示數(shù)不變回答；
（5）分析表中數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
（6）①根據(jù)電路圖連接實物圖，變阻器按一上一下接入電路中，由下圖中的數(shù)據(jù)，電流表選用小量程串聯(lián)在電路中；
②電壓表和電流表均有示數(shù)，說明電路為通路，發(fā)現(xiàn)小燈泡很暗，說明電路中電流過小，無論如何移動滑動變阻器滑片，小燈泡亮度、電壓表和電流表示數(shù)均不發(fā)生變化，說明變阻器失去了變阻的作用，據(jù)此分析；
③根據(jù)燈泡L的I-U圖象，找到燈的額定電壓下通過的電流，由歐姆定律求小燈泡正常發(fā)光時的電阻；
④由圖3根據(jù)串聯(lián)電路電壓和電流規(guī)律得出電路中的電流大小，根據(jù)P=UI求總功率．

解答 解：（1）某同學剛連接完最后一根導線，立即看到小燈泡發(fā)出明亮的光，并很快熄滅，請你幫他指出實驗中兩個操作不當之處：連接電路時，開關(guān)沒有斷開；沒有將滑動變阻器的最大阻值連入電路中；
（3）根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知，將定值電阻由5Ω改接成10Ω的電阻，電阻增大，其分得的電壓增大；
探究電流與電阻的實驗中應(yīng)控制電壓不變，應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可知應(yīng)增大滑動變阻器分得的電壓，由分壓原理，應(yīng)增大滑動變阻器連入電路中的電阻，所以滑片應(yīng)向右端移動，使電壓表的示數(shù)為1.5V；
（4）由表中數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律的變形公式U=IR可知，電壓表示數(shù)為1.5V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓U_滑=4.5V-1.5V=3V，變阻器的電壓為電壓表示數(shù)的$\frac{3V}{1.5V}$=2倍，根據(jù)分壓原理，當15Ω的電阻接入電路時，變阻器連入電路中的電阻為2×15Ω=30Ω，故選用滑動變阻器R₂“50Ω 1A”；
多次移動滑動變阻器滑片的目的是：控制電壓表示數(shù)不變．
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，電阻為原來的幾倍，通過的電流為原來的幾分之一，即在電壓不變時，在電壓不變時，通過導體的電流與導體的電阻成反比；
（6）①根據(jù)電路圖連接實物圖，變阻器按一上一下接入電路中，由下圖中的數(shù)據(jù)，電流表選用小量程串聯(lián)在電路中，如下所示：

②小芳閉合開關(guān)，電壓表和電流表均有示數(shù)，說明電路為通路，發(fā)現(xiàn)小燈泡很暗，說明電路中電流過小，但無論如何移動滑動變阻器滑片，小燈泡亮度、電壓表和電流表示數(shù)均不發(fā)生變化，說明變阻器失去了變阻的作用，故將請將變阻器的最大電阻連入電路中了；
③分別記錄電壓表、電流表示數(shù)，并描繪出燈泡L的I-U圖象，如圖3中甲所示，燈的額定電壓下通過的電流為0.2A，則小燈泡正常發(fā)光時的電阻：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω；
燈的電壓為1.5V時，通過的電流為0.15A，由歐姆定律的變形公式，燈的電阻為10Ω；當燈的電壓為3V時，通過的電流為0.22A，燈的電阻為13.6Ω．
當燈電壓增大時，通過燈的電流也增大，根據(jù)P=UI燈的功率增大，燈絲的溫度升高，故燈的電阻變大；
④由圖3知，電流隨電壓的變化關(guān)系為一直線，電阻為一定值，如果將該小燈泡與圖中乙所示電阻串聯(lián)起來，接在4.5V 的電路中，只有當電路中電流為0.2A，燈的電壓（2.5V）與電阻的電壓（2.0V）之和等于4.5V，
即通過的電流為I′=0.20A，則它們的總功率為：P_總=UI′=4.5V×0.2A=0.9W．
故答案為：（1）連接電路時，開關(guān)沒有斷開；沒有將滑動變阻器的最大阻值連入電路中；
（3）右；1.5；
（4）R₂；控制電壓表示數(shù)不變；
（5）在電壓不變時，通過導體的電流與導體的電阻成反比；
（6）①如上所示；②將變阻器的最大電阻連入電路中了；③12.5；增大；④0.9．

點評 本題“電流與電阻的關(guān)系”，考查注意事項、操作過程、器材的選擇、控制變量法的運用、數(shù)據(jù)分析能力，同時也考查了測電阻實驗，涉及電路連接、反�，F(xiàn)象分析、電阻計算及影響電阻大小因素和串聯(lián)電路的規(guī)律、電功率的計算，綜合性強．