Question

【题目】小玉在探究“电流与电阻的关系”的实验中，利用电压恒为6V的电源设计如图甲所示的电路。

（1）小玉将滑动变阻器的滑片移到最右端后，闭合开关S，电压表的指针_____（选填“几乎不动”或“偏转很大”）。电流表的示数如图乙所示为_____A，则滑动变阻器最大电阻为_____Ω．请你在连接错误的一条导线上画“×”，并用笔画线代替导线将电路连接正确。

（___）

（2）小玉分别把5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的四个定值电阻接入电路进行实验，为了完成这四次实验，应控制定值电阻两端电压至少为_____V。

（3）小玉用额定电压为2.5V的小灯泡替换定值电阻R，利用原有电路，测量小灯泡的电阻。实验时，她调节滑动变阻器的滑片到某一位置时，电压表的示数为2V，为使小灯泡正常发光，她应该向_____（选填“左”或“右”）调节滑动变阻器的滑片。依据测量的数据，小玉绘制出如图丙所示的图象，她发现电流与电压不成正比，说明小灯泡灯丝的电阻随_____的变化而改变。根据丙图还可以求出小灯泡的额定功率_____W。

（4）完成上面实验后，小玉又想测量额定电压为U额的小灯泡的额定功率，利用一个电压未知的电源和阻值为R0的定值电阻，设计了如图丁所示的电路。请完成下列实验步骤。

①闭合开关S1，开关S2接a接线柱，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为_____；

②闭合开关S1，开关S2接b接线柱，滑动变阻器的滑片_____（选填“向左移动”、“向右移动或“保持不动”），读出电压表示数为U1；再将开关S2接c接线柱，读出电压表的示数为U2；

③小灯泡额定功率的表达式P额＝_____。

Answer 1

【答案】（1）几乎不动； 0.2； 30； ； （2）2.4； （3）左； 温度； 1.25； （4）①U额； ②保持不动； ③U额×

【解析】

（1）根据电流表的量程和分度值读出示数；根据欧姆定律算出电阻；实物连接图中找错误之处，主要从电压表、电流表、滑动变阻器的正确使用上考虑：从电流表、电压表的量程、连接方式、正负接线柱的接入方法上考虑。从滑动变阻器接线柱的选择考虑；
（2）根据串联电路电压的规律和分压原理求解；
（3）灯在额定电压下正常发光，比较电压表示数与额定电压的大小，根据串联电路电压的规律及分压原理确滑片移动的方向；由图象找出灯泡电流随电压变化的关系，然后由欧姆定律判断灯泡电阻随电压增大如何变化，从温度对电阻的影响分析原因。根据图丙电流表小量程读数，根据P=UI求灯的额定功率；
（4）要测量小灯泡的额定功率，首先移动变阻器的滑片，使灯泡两端的电压等于U额，灯正常发光，保持滑片的位置不动；通过开关的转换，用电压表测出灯与滑动变阻器的电压为U1，用电压表测出灯与滑动变阻器的电压、定值电阻两端的电压为U2，因在开关的转换过程中，电路的连接没有改变，滑动变阻器滑片位置不变，各用电器的电阻、电压不变，灯仍正常发光，根据串联电路电压的规律，求出定值电阻的电压，由欧姆定律，求出通过定值电阻的电流，即灯泡正常发光时的电流，根据P=UI写出灯泡的额定电功率的表达式。

（1）由图甲知道，定值电阻只接了一边，电压表没有被接入电路，所以，闭合开关S，电压表的指针几乎不动，示数为零；由图乙知道，电流表的量程为0-0.6A，分度值为0.02A，所以，电流表示数是0.2A；此时滑动变阻器的滑片移到最右端，接入的电阻最大，由欧姆定律知道，滑动变阻器的最大电阻是：；根据题意将电阻串联在电路中，电压表并联在电阻的两端，电路改正如下：

（2）根据题意知道，变阻器与定值电阻串联，电压表测量定值电阻的电压，设电压表示数为UV ，由串联分压规律知道，，因为要探究电流与电阻的关系，所以UV要保持不变，即的比值保持不变；所以，当定值电阻取最大时，变阻器连入电路中的电阻也最大，此时满足，解得UV=2.4V，即应控制定值电阻两端电压至少为2.4V；

（3）用小灯泡替换定值电阻后，由于电压表的示数为2V，小于灯的额定电压2.5V，所以应增大灯的电压，由串联电路电压的规律知道，应减小变阻器的电压，即应减小变阻器连入电路中的电阻大小，所以，滑片向左移动，直到电压表示数为额定电压；

由图乙知道，随灯泡电压增大，通过灯泡的电流增大，由欧姆定律知道灯泡的电阻变大；由P=UI知道灯泡实际功率增大，灯泡温度升高，由此说明灯泡电阻随灯泡温度升高而增大；

由图丙知道，灯泡正常发光时的电压是2.5V，此时电流是0.5A，所以灯泡的额定功率是：PL =UL IL =2.5V×0.5A=1.25W；

（4）根据题意结合电路图，设计实验步骤如下：

①闭合开关S1 ，开关S2 接a接线柱，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为U额 ；

②闭合开关S1 ，开关S2 接b接线柱，滑动变阻器的滑片保持不动，读出电压表示数为U1 ；再将开关S2 接c接线柱，读出电压表的示数为U2；

③在开关的转换过程中，电路的连接没有改变，滑动变阻器滑片位置不变，各用电器的电阻、电压不变，灯仍正常发光，在第2次操作中，用电压表测出灯与滑动变阻器的电压为U1，用电压表测出灯与滑动变阻器的电压、定值电阻两端的电压为U2，由串联电路电压的规律知道，R0 的电压是：UR0 =U2 -U1，由欧姆定律知道，通过定值电阻的电流是：，由串联电路电流的规律即为灯正常发光时的电流大小，所以灯泡额定功率是。