Question

4．在紧张的中考复习中，小张同学和同桌小孟对物理的电学实验进行了总结，为了更好的掌握实验，他们一起拿出了自己的实验器材，准备重新回顾实验，其中有如下器材：电压表、电流表、滑动变阻器、开关、电源电压6V、定值电阻R（分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω）、导线若干，小张设计的实验电路如图甲所示． 
（1）在探究“电流与电阻的关系”实验中：
①闭合开关前，应将滑动变阻器滑片移至B（填“A”或“B”）端，起到保护电路元件安全的作用，电路连接好，小张闭合开关S，发现电压表的指针反向偏转如图乙所示，这是由于电压表正负接线柱接反引起的；小张纠正错误后继续进行实验．
②小张先将R=25Ω的电阻接入，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数，把R换为20Ω的电阻时，应将滑动变阻器的滑片位置向A（填“A”或“B”）端移动，使电压表示数保持2.5V不变，同时记下电流表的示数，接着把R分别换成15Ω、10Ω、5Ω的电阻进行实验．
③若要使所给的5个定值电阻依次接入电路中都能正常进行实验，应该选取滑动变阻器的最大阻值至少为35Ω．
④小张根据多次测量数据描绘出电流随电阻变化的曲线如图丙中的a图象所示，由图象可得结论：当电压一定时，导体中电流与电阻成反比．
⑤同组的小孟也利用电路和器材按同样的电阻更换顺序又进行了一次实验，并根据测量数据描绘出了如图丙中的b所示的图线，但小孟在操作中存在一个错误，请你根据图象分析，小孟在实验中的错误是没有控制电压表示数为2.5V不变．

（2）顺利完成这个实验后，他们发现实验盒中还有小灯泡，铭牌上标有额定电压为2.5V，于是想测一下灯泡的电阻．
①小孟用小灯泡代替定值电阻继续实验，连接完电路后，发现小灯泡微微发光，移动滑片，小灯泡亮度不变，请你帮助小孟分析原因：将变阻器的下面两个接线柱连入了电路中．
②小孟将电路连接正确后，闭合开关，条件变阻器的滑片，使小灯泡刚好正常发光，电流表的示数如图丁所示，此时小灯泡的阻值是8.3Ω（小数点后保留一位）．
③实验中，小孟的小灯泡先由暗变亮，发出耀眼的光后被烧坏，为了避免灯丝烧断，请你提出在调节滑动变阻器的过程中应注意的事项：眼睛应注意观察电压表示数不能超过3V．．

Answer 1

分析 （1）闭合开关前，应将滑动变阻器滑片移至阻值最大处即B端，起到保护电路元件安全的作用；
②根据控制变量法，研究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻的电压相同，当换上小电阻时，根据分压原理确定电压表示数的变化，由串联电路电压的规律结合分压原理确定滑片移动的方向；
③根据串联电路电压的规律，求出变阻器分得的电压，根据分压原理，求出当定值电阻最大时，滑动变阻器连入电电路中的阻值；
④由图象可知，电阻与对应的电流之积为0.25，为一定值，据此回答；
⑤研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变；
（2）①小孟用小灯泡代替定值电阻继续实验，连接完电路后，发现小灯泡微微发光，说明电路中电流很小，移动滑片，小灯泡亮度不变，即电流不变，说明变阻器失去了变阻的作用，据此分析；
②根据电流表小量程读数，由欧姆定律求电阻大小；
③为避免灯损坏，眼睛应注意观察电压表示数不能超过灯的额定电压的五分之一．

解答 解：（1）在探究“电流与电阻的关系”实验中：
①闭合开关前，应将滑动变阻器滑片移至阻值最大处即B端，起到保护电路元件安全的作用；
电路连接好，小张闭合开关S，发现电压表的指针反向偏转如图乙所示，即指针反向偏转，这是由于电压表正负接线柱引起的；
②根据串联分压原理可知，将定值电阻由25Ω改接成20Ω的电阻，电阻变小，其分得的电压变小；
探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，应保持电阻两端的电压不变，根据串联电路电压的规律可知，应减小滑动变阻器分得的电压，由分压原理可知，应减小滑动变阻器连入电路中的电阻，所以滑片应向A端移动，使电压表的示数为2.5V；
③电源电压6V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压U_滑=6V-2.5V=3.5V，变阻器的电压是定值电阻的$\frac{3.5V}{2.5V}$=1.4倍，根据分压原理，变阻器的电阻是定值电阻的$\frac{3.5V}{2.5V}$=1.4倍；当定值电阻最大为25Ω时，该选取滑动变阻器的最大阻值至少为1.4×25Ω=35Ω；
④小张根据多次测量数据描绘出电流随电阻变化的曲线如图丙中的a图象所示，由图象可知，电阻与对应的电流之积为2.5，为一定值，故可得结论：当电压一定时，导体中电流与电阻成反比；
⑤同组的小孟也利用电路和器材按同样的电阻更换顺序又进行了一次实验，并根据测量数据描绘出了如图丙中的b所示的图线，由图可知，当电阻分别为5Ω、10Ω时，对应的电流分别为0.3A和0.2A，根据欧姆定律的变形公式U=IR可知，电压表示数分别为1.5V和2V，没有控制电压表示数为2.5V不变；
（2）①小孟用小灯泡代替定值电阻继续实验，连接完电路后，发现小灯泡微微发光，说明电路中电流很小，移动滑片，小灯泡亮度不变，即电流不变，说明变阻器失去了变阻的作用，原因是将变阻器的下面两个接线柱连入了电路；
②小孟将电路连接正确后，闭合开关，调节变阻器的滑片，使小灯泡刚好正常发光，电流表的示数如图丁所示，图中电流表分度值为0.02A，示数为0.3A，此时小灯泡的阻值：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω；
③在调节滑动变阻器的过程中，眼睛应注意观察电压表的示数不超过灯的额定电压的五分之一，即电压表示数不能超过3V．
故答案为：
（1）①B、电压表正负接线柱接反；②A；③35；④反比；⑤没有控制电压表示数为2.5V不变；
（2）①将变阻器的下面两个接线柱连入了电路中；②8.3；③眼睛应注意观察电压表示数不能超过3V．

点评 本题电流与电阻的关系，考查注意事项、器材的选择，数据的分析、控制变量法的运用，同时也考查了测灯的电阻实验，涉及故障分析、电流表读数、电阻计算和注意事项．