Question

某科学研究小组同学用如图所示的电路来研究滑动变阻器消耗的电功率大小与滑动变阻器阻值大小之间的关系．已知定值电阻R的阻值为20Ω，滑动变阻器R₁上标有“3A 50Ω”字样．小科和小敏分别测得表1和表2中的数据（第一次实验数据都是在刚闭合开关时测得）．
表一

实验次数	1	2	3	4	5
电流表示数/A	0.60	0.48	0.40	0.34	0.30
电压表示数/U		2.4	4.0	5.1	6.0

表二

实验次数	1	2	3	4	5
电流表示数/A	0.17	0.20	0.24	0.26	0.30
电压表示数/U	8.5	8.0	7.2	6.8	6.0

请你根据上述数据，回答下列问题：
（1）其中______同学的实际操作不规范，不规范之处在于______；
（2）电源电压是多大？
（3）分析上述数据小科认为：滑动变速器消耗的功率随着滑动变速器阻值的增大而增大；小敏认为：滑动变阻器消耗的功率随着滑动变阻器阻值的增大而变小；小思却认为：他们的结论都只有在一定的条件下才成立…你认为小思所说的“一定条件”分别指什么？

Answer 1

【答案】分析：（1）在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应滑到阻值最大处，目的是为了保护电路．因为此时电阻最大，电路中电流最小．分析两表中的数据，我们发现小科的第一组数据，电流表的示数是0.60A，而电压表的示数是零，说明他在闭合开关前没有将滑片滑到阻值最大处；
（2）定值电阻与滑动变阻器是串联，要算电源电压可根据串联电路电压规律，用定值电阻的电压加上滑动变阻器的电压进行计算；
（3）分析表一：该实验中，电流表的示数在逐渐变小，说明滑动变阻器的阻值在逐渐变大，而随着变阻器阻值的增大，变阻器消耗的电功率也随之增大．当变阻器的阻值与定值电阻的阻值相等时（电流是0.3A，定值电阻的电压为U=0.3A×20Ω=6V，变阻器电压也为6V，两电阻分的电压相等，因为串联电流相等，所以两电阻阻值相等），变阻器消耗的功率最大；
    分析表二：该实验中，电流表的示数在逐渐变大，说明滑动变阻器的阻值在逐渐变小，而随着变阻器阻值的减小，变阻器消耗的电功率却随之增大．当变阻器的阻值与定值电阻的阻值相等时（电流是0.3A，定值电阻的电压为U=0.3A×20Ω=6V，变阻器电压也为6V，两电阻分的电压相等，因为串联电流相等，所以两电阻阻值相等），变阻器消耗的功率最大．
解答：解：（1）因为在闭合开关前，滑片应该是滑到阻值最大处的，此时电路中的电流最小，电流表的示数最小．小科的实验数据中，第一次电流表的示数最大，说明他在闭合开关前没有将滑片滑到阻值最大处．
（2）我们用表一中的第5组数据计算电源电压：U=U+U_变=0.3A×20Ω+6V=12V．
（3）综合分析表一和表二，当电流为0.3A时，变阻器消耗的电功率最大，此时变阻器的阻值R_变=-20Ω=20Ω，这说明当变阻器的阻值与定值电阻相等时，消耗的电功率最大．
则当R_变≤R时，滑动变阻器消耗的功率随着滑动变阻器阻值的增大而增大；当R_变≥R时，滑动变阻器消耗的功率随着滑动变阻器阻值的增大而减小．
故答案为 （1）小科，他在闭合开关前没有将滑片滑到阻值最大处．
（2）电源电压是12V．
（3）一定条件分别指R_变≤R时和R_变≥R时．
点评：这道实验题主要考查学生分析实验数据的能力，这类题的难度一般比较大．这就需要我们在做题是能熟练灵活的应用所学的知识去分析．