Question

6．小明同学完成了下面的实验：

（1）小明根据电路图甲连接的实物图乙．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现电流表无示数；经检查，是由于一根导线连接错误．请你在实物图中连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．
（a）在探究“电流与电压关系”的实验滑动变阻器除保护电路外，还有的改变电阻的电压，多次测量，得出具有普遍性的结论作用．
（b）在探究“电流和电阻的关系”的实验中，定值电阻R₁由10Ω换成5Ω时，接下来滑动变阻器的滑片应向左（选填“左”或“右”）调节；若电源电压为6V，R₁的可选最大电阻为20Ω，为保证电阻R₁两端的电压为2V，那么滑动变阻器R₂阻值应不小于40Ω．
（2）他做完实验后，把定值电阻换成小灯泡，又完成了“测量额定电压是2.5V小灯泡电功率”的实验，正确连接电路，闭合开关，他发现小灯泡过亮，为了完成实验，接下来他的操作是，立即断开开关，把滑动变阻器的阻值调至最大值；再闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，记下各组对应的电压表和电流表的示数，并绘制了如图丙所示图象，根据图象可知小灯泡的额定电流是0.25A；额定功率是0.625W．灯丝的电阻是变化（填“变化”或“不变”）你认为造成结果的原因是灯丝的电阻随温度的变化（升高）而变化（增大）．

Answer 1

分析 （1）电压表应并联在定值电阻的两端；
（a）电流与电压和电阻有关，要探究电流与电压的关系，应保持电阻不变，改变电压的大小，根据实验的目的判断滑动变阻器的作用；
（b）在探究“电流与电阻的关系”的实验中，要保持电阻两端的电压不变，
定值电阻R₁由10Ω换成5Ω时，根据分压原理确定值电阻电压的变化，再由串联电路电压的规律结合分压原理确定变阻器滑片移动的方向；
根据串联电路的电压规律，求出变阻器分得的电压，结合欧姆定律求出滑动变阻器R₂阻值的最小值；
（2）为保护电路，闭合开关前滑片要处于电阻最大处；
电流表读数：确定使用的量程，确定每一个大格和每一个小格各代表多少．
知道灯泡的额定电压和额定电流，根据P=UI计算额定功率．
根据图中，电流随电压的变化，再利用P=UI判断电功率的变化根据灯丝的电阻随温度的升高而增大分析小灯泡的电阻变化．

解答 解：
（1）原电路中，电压表串联在电路中了，是错误的，将电压表并联在定值电阻的两端，如下图所示：

（a）探究电流与电压的关系时，应保持电阻不变，滑动变阻器除保护电路外，还有改变电阻的电压，多次测量，得出具有普遍性的结论的作用；
（b）在探究电流与电阻的关系时，要保持电阻两端的电压不变，
实验过程中，定值电阻R₁由10Ω变为5Ω时，如果滑片不动，根据分压原理，则定值电阻两端的电压变小，电压表示数变小，实验中要保持电压表示数不变，由串联电路电压的规律，应减小变阻器分得的电压，根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻应减小，则滑动变阻器滑片应该向左移动；
由于U₁=2V，R₁=20Ω，则电路中的电流为I=I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}=\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，由串联电路电压的规律，
滑动变阻器两端电压为U₂=U-U₁=6V-2V=4V，变阻器连入电路中的电阻R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{4V}{0.1A}$=40Ω，即滑动变阻器阻值不小于40Ω；
（2）正确连接电路，闭合开关，他发现小灯泡过亮，说明电路中电流过大，是滑动变阻器连入电路中阻值太小的原因，接下来应该断开开关，把滑动变阻器的阻值调至最大值；
根据图象可知额定电压U=2.5V时，对应的电流I=0.25A，则灯的额定功率P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
图中从原点到M点再到N点的曲线；可以看出小灯泡两端电压增大，电流也随着增大，根据P=UI灯的功率也增大，灯丝的温度升高，灯丝的电阻增大；
故答案为：（1）如上图所示：
（a）改变电阻的电压，多次测量，得出具有普遍性的结论；（b）左；40；
（2）滑动变阻器的阻值调至最大值；0.25A；0.625；变化；灯丝的电阻随温度的变化（升高）而变化（增大）．

点评 该题考查学生对于滑动变阻器在实验中的作用、调节以及接入阻值的运算的掌握程度及控制变量法及影响电阻大小的因素．本题还考查了电流表的使用、电流表读数、功率计算、故障分析等问题，综合性较强．