Question

【题目】在“探究导体的电流跟电阻的关系”实验中，老师提供的器材有：电源（电压恒为3V），电流表、电压表和开关各一个，五个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，50Ω），滑动变阻器（规格是“20Ω，2A”），导线若干．
（1）图甲是小明连接的实物电路，图中有一根导线连接错误，请你在连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．
（2）在开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑至最（选填“左”或“右”）端．
（3）电路连接无误后，闭合开关，小明先后将5Ω和10Ω的电阻分别接入电路，移动滑片P进行了二次实验，数据如图乙表格所示．小明紧接着再将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后，直接读出电流表示数示为A．

物理量 实验次数	电阻R（Ω）	电流I （A）
1	5	0.4
2	10	0.2
3	20

（4）小明为了使实验能继续顺利进行，还可以使用的定值电阻有（写出具体的电阻值，多写少写都不给分）
（5）小明将电阻换成标有“2.5V”字样的小灯泡，测量其不同电压下的电功率． ①正确连接电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这种现象的原因是；
②排除故障，继续实验，根据实验数据画出I﹣U图象（如图丙）．由此可求出小灯泡正常发光时的功率为W；
（6）完成上述实验后，小明又利用上述器材重新设计了电路（增加了一个滑动变阻器）如图丁，测量另一个小灯泡的额定功率，这个小灯泡正常工作的电流为I1 ． 请完成实验步骤． ①只闭合开关S1 ， 移动滑动变阻器R2的滑片，使电流表示数为I1；
②只闭合开关S2 ， 保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，移动滑动变阻器R1的滑片，使电流表示数为I1；再 ， 读出电流表的示数为I2；
③则小灯泡的额定功率表达式为P额= ．

Answer 1

【答案】
（1）解：如下所示：

（2）右
（3）0.12
（4）15Ω、30Ω
（5）灯泡断路；0.625
（6）将滑动变阻器R2的滑片调到最左端；
【解析】解：（1）原电路中，电压表被短路了，应并联在电阻的两端，如下所示： ；（2）在开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处，即最右端；（3）研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，电路连接无误后，闭合开关，小明先后将5Ω和10Ω的电阻分别接入电路，移动滑片P进行了二次实验，数据如图乙表格所示．因研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，由欧姆定律，电压表示数U表=I1R1=0.4A×5Ω=2V；
由表中数据知，当电阻为R2=10Ω时，电流为I2=0.2A，
根据串联电路电压的规律，变阻器的电压U滑=U﹣U表=3V﹣2V=1V．
变阻器连入电路中的电阻R滑= =5Ω，
小明紧接着再将20Ω的定值电阻替换10Ω的电阻后，电路的总电阻R=R3+R滑=20Ω+5Ω=25Ω，故直接读出电流表示数示即为此时的电流大小I= =0.12A；（4）由（3）知，定值电阻的电压是变阻器电压的 =2倍，根据分压原理，定值电阻的大小是变阻器阻值的2倍，当变阻器连入电路中的电阻为20Ω时，定值电阻最大值为2×20Ω=40Ω，故除已用的电阻外，小明为了使实验能继续顺利进行，还可以使用的定值电阻有15Ω、30Ω的电阻；（5）①经分析，闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这种现象的原因是：灯泡断路；②根据实验数据画出I﹣U图象，由图乙可知，当灯的电压为2.5V时，通过的电流为0.25A，由此可求出小灯泡正常发光时的功率为P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；（6）分析实验的原理可以得出其具体的步骤为：①只闭合开关S1 ， 移动滑动变阻器R2的滑片，使电流表示数为I1；②只闭合开关S2 ， 保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节滑动变阻器R1的滑片使电流表示数为I1；
根据等效替代法，则小灯泡正常发光的电阻与变阻器R1此时的电阻相同，为测量出此时变阻器R1的电阻，故应将滑动变阻器R2的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I2；根据欧姆定律，变阻器R1的电阻即为灯正常发光时的电阻，即RL= ，
小灯泡的额定功率P额=I12R灯=I12 = ．
所以答案是：（1）如上所示；（2）右；（3）0.12；（4）15Ω；30Ω；（5）①灯泡断路；②0.625；（6）②将滑动变阻器R2的滑片调到最左端；③ ．
【考点精析】关于本题考查的欧姆定律及其应用，需要了解欧姆定律的应用： ① 同一个电阻，阻值不变，与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时，通过的电流也增大．（R=U/I） ② 当电压不变时，电阻越大，则通过的电流就越小．（I=U/R） ③ 当电流一定时，电阻越大，则电阻两端的电压就越大．（U=IR）才能得出正确答案．