Question

6．小亮做“探究电流与电阻的关系”的实验，连接的电路如图甲所示，电源为可调节电压的一电源，可用的定值电阻有5Ω、10Ω、30Ω，滑动变阻器的规格为“60Ω1A”．

（1）请你用笔画线代替导线，把图甲所示的实验电路补充完整，并且使滑动变阻器连入电路的阻值最大．
（2）小亮想控制电压表的示数为2V不变，则电源电压选取的范围是2V-6V．
（3）他将某个定值电阻接入电路后，闭合开关，发现电流表有示数而电压表无示数，则电路中的故障可能是R短路（选填“电阻”或“电压表”）断路；排除故障后闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，达到实验要 求时，电流表示数如图乙所示，他所用的定值电阻为5Ω．
（4）保持电源电压不变，他将原来的定值电阻换成10Ω的定值电阻后，闭合开关，应将滑动变阻器的滑片向右（选填“左”或“右”）移动，才能达到实验要求．
（5）正确完成五次实验后，小亮能得出的实验结论是：电压一定时，电流与电阻成反比．
（6）完成上述实验后，小亮又设计了如图丙所示的电路，来测量一个小灯泡的额定功率．已知小灯泡的额定电流为0.2A，电源电压为6V保持不变，滑动变阻器A最大阻值为50Ω，请完成以下实验步聚：
（1）闭合开关S、S₁，断开S₂，移动滑动变阻器A的滑片，使电流的示数为0.2A，此时小灯泡正常发光；
（2）闭合开关S、S₂断开S₁，保持滑动变阻器A的滑片位置不变，移动滑动变阻器B的滑片，使电流表的示数为0.2A，此时灯泡时的电阻就等于滑动变阻器B（选“A”或“B”）接入电路的电阻；
（3）再保持滑动变阻器B的滑片位置不变，将滑动变阻器A的滑片移到最右（选填“左”或“右”端），此时电流表的示数为0.1A；则小灯泡的额定电功率为0.4 W．

Answer 1

分析 （1）电压表并联到电阻的两端，滑动变阻器串联接入电路中；
（2）当滑动变阻器接入电路中的电阻最小且定值电阻的阻值最大时电阻两端的电压最小，根据串联电路的分压特点求出滑动变阻器两端的电压，从而求出电源电压；
（3）常见电路故障有断路与短路，根据电路故障现象分析电路故障原因；根据欧姆定律求出电阻值；
（4）根据串联电路分压的规律可知用5Ω的电阻替换10Ω的电阻后电阻两端电压的变化情况，再根据串联电路电压规律判断滑动变阻器两端电压的变化，进一步确定滑片移动的方向；
（5）电压一定时，电流与电阻成反比；
（6）通过灯泡的电流为0.2A时，灯泡会正常发光；电路图中采用滑动变阻器B与灯泡并联，利用的是替代法，根据电流表的示数和电源电压求出滑动变阻器B的电阻，从而根据电功率的表达式求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）电压表并联到电阻的两端，滑动变阻器串联接入电路中，滑动变阻器采用一上一下的接法，如图所示：
；
（2）不同电阻两端电压控制为2V，当滑动变阻器接入电路中的电阻最小且定值电阻的阻值最大时，电阻两端的电压最小：
由串联电路的分压特点可得R：R_滑=U_R：U_滑，带入数据得：30Ω：60Ω=2V：U_滑，解得：U_滑=4V，故电源的最大电压为：U=2V+4V=6V；
（3）闭合开关S，电流表有示数，说明电路为通路；电压表无示数，说明电压表断路或与电压表并联的R短路；
电流表的示数为0.4A，根据I=$\frac{U}{R}$得，定值电阻的阻值为：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω；
（4）用5Ω的电阻替换10Ω的电阻后，由于串联电路起分压作用，因此定值电阻两端电压变大，即电压表的示数变大，要保持电压表示数不变，需增大滑动变阻器两端电压，由串联电路分压规律可知，需增大滑动变阻器接入电路的阻值，故将滑片向右端移动；
（5）电压一定时，电流与电阻成反比；
（6）①闭合开关S、S₁，断开S₂，移动滑动变阻器A的滑片，使电流的示数为0.2A，此时小灯泡正常发光；
②闭合开关S、S₂断开S₁，保持滑动变阻器A的滑片位置不变，移动滑动变阻器B的滑片，使电流表的示数为0.2A，此时滑动变阻器B相当于小灯泡，则灯泡的电阻就等于滑动变阻器B接入电路的电阻；
③再保持滑动变阻器B的滑片位置不变，将滑动变阻器A的滑片，使电流表的示数为0.1A，故应增大滑动变阻器A的电阻，故滑片移到最右端；
由I=$\frac{U}{R}$得此时电路中的总电阻为R'=$\frac{U}{I'}$=$\frac{6V}{0.1A}$=60Ω；滑动变阻器A的最大阻值为50Ω，则滑动变阻器B的电阻即小灯泡的电阻为：R_B=R_L=R'-R_A=60Ω-50Ω=10Ω；
灯泡的额定功率为：P=I²R_L=（0.2A）²×10Ω=0.4W．
故答案为：（1）如图；（2）6；（3）R短路；5；（4）右；（5）反比；（6）②移动滑动变阻器B的滑片；B；③右；0.4．

点评 本题是探究电流与电阻关系的实验，考查了控制变量法的应用，电流与电阻的关系及欧姆定律在串联电路中的应用．