Question

13．某小组同学用图甲的电路图探究欧姆定律，实验中他们所用的定值电阻分别是5Ω、10Ω、20Ω，电源电压为3V不变．

（1）如图甲所示，是小华所连接的不完整实验电路，请你补充完整．
（2）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，发现电压表、电流表均无示数，原因可能是下列中的哪一种：D（只填选项）
A．定值电阻断路B．电压表断路C．电流表短路   D．滑动变阻器断路
（3）在探究“导体中的电流跟电阻的关系”时，小华将5Ω的电阻接入电路，电压表如图乙所示．后把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，下一步的操作是：将变阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）移动直至电压表示数为2V． 若要完成整个实验，选择的滑动变阻器的最大阻值至少为10Ω．
（4）上述探究结束后，该组同学选择原来的电源和两只灯泡L₁“2.5V 0.3A”和L₂“3.8V 0.3A”，设计的电路如图丙所示，探究“电功率跟电流、电压的关系”．
①此实验设计是为了探究电功率与电压的关系，通过灯泡亮度判断来电功率的大小．
②为了探究电功率与电流的关系，小明认为，利用图丙电路只要通过移动滑动变阻器，改变电流观察灯L₁或L₂亮度的变化，即可得出结论．请说出小明同学的方案是否合理？并说出你的理由．不合理，通过移动滑动变阻器滑片，改变电流观察灯L₁或L₂亮度的变化时，电压与电流同时在改变，未控制电压一定，．

Answer 1

分析 （1）求出电路中的最大电流确定电流表的量程，把电流表、电阻串联接入电路，完成电路连接；
（2）根据电路故障现象分析电路故障原因；
（3）探究电流与电阻的关系应控制电阻两端电压不变，应用串联电路特点与欧姆定律，求出滑动变阻器接入电路的最大阻值至少为多少；
（4）灯泡亮度由灯泡实际功率决定，灯泡实际功率越大，灯泡越亮；探究功率与电流的关系，应控制电压相等而电流不同．

解答 解：（1）因电源电压为3V，电路中最大电流为I=$\frac{U}{R}=\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，故电流表选用0～0.6A量程，把电流表与电阻串联接入电路，实物图如下图所示：

（2）如果滑动变阻器断路，全电路断路，灯泡不亮，电流表与电压表都没有示数，故选D．
（3）电压表量程为0～3V，由图示电压表可知，其分度值为0.1V，示数为2V；
在探究“导体中的电流跟电阻的关系”时，应控制电阻两端电压不变，把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，根据分压原理，定值电阻两端电压变大，为保持电阻两端电压不变，应增大滑动变阻器分压，应将变阻器的滑片P向右移动直至电压表示数为2V为止；
电源电压为3V，定值电阻两端电压为2V，则滑动变阻器两端电压为3V-2V=1V，滑动变阻器两端电压是电阻两端电压是的$\frac{1V}{2V}=\frac{1}{2}$倍，根据分压原理，滑动变阻器接入电路阻值是定电阻阻值是的$\frac{1}{2}$，电阻最大阻值为20Ω，要完成整个实验，滑动变阻器接入电路的阻值为$\frac{1}{2}$×20Ω=10Ω，即要完成实验，选择的滑动变阻器的最大阻值至少为10Ω；
（4）上述探究结束后，该组同学选择原来的电源和两只灯泡L₁“2.5V 0.3A”和L₂“3.8V 0.3A”，设计的电路如图丙所示，探究“电功率跟电流、电压的关系”；
①灯泡亮度由灯泡实际功率决定，灯泡实际功率越大，灯泡越亮，可以根据灯泡亮度比较灯泡电功率的大小；
②探究电功率与电流的关系，应控制灯泡两端电压相等而电流不同，利用图丙电路通过移动滑动变阻器，改变电流观察灯L₁或L₂亮度的变化时，电压与电流同时在改变，未控制电压一定，小明的方案不可行．
故答案为：（1）如上图所示；
（2）D；
（3）右； 2；10；
（4）灯泡亮度；不合理，通过移动滑动变阻器滑片，改变电流观察灯L₁或L₂亮度的变化时，电压与电流同时在改变，未控制电压一定．

点评 本题探究欧姆定律，考查电路的连接、故障的分析、操作的过程、对器材 的要求、控制变量法的运用及探究电功率与电压、电压的关系，综合性较强．