Question

5．小清同学用如图1所示的电路探究“通过导体的电流与导体两端电压的关系”．
（1）小清连接的电路有一处错误，请只改动一根导线，使电路连接正确（在应改动的导线上打“×”，用笔画线代替导线画出正确的接法）；
（2）小清改正错误后，在开关闭合前，滑动变阻器的滑片应放在最左端．开关闭合后，发现电压表无示数，电流表有示数，电路可能的故障是与电压表并联的电阻短路．
（3）图乙时他解决故障后某次实验的电流表和电压表示数，则小军选择的定值电阻是9.23Ω．若使电压表的示数变大，小军应将滑动变阻器的滑片向右（选填“左”或“右”）移动．
（4）小清看到实验桌上有一个额定电压为U的小灯泡，他想挑战只用一只电流表测量该小灯泡的额定功率．小清又找来一个已知阻值的定值电阻R₀和两个开关S₁，S₂，设计了如图2所示的电路图，请补全小清的实验步骤．
①只闭合开关S和S₂（选填“S₁”或“S₂”），调节滑动变阻器的滑片，使电流表的示数为$\frac{U}{{R}_{0}}$；
②只闭合开关S和S₁（选填“S₁”或“S₂”），保持滑动变阻器的滑片位置不变，读出此时电流表的示数为I；
③则小灯泡的额定功率的表达式为：P_额=U×（I-$\frac{U}{{R}_{0}}$）（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）实验中应将电压表与电阻并联；
（2）滑动变阻器的下面接了右边的接线柱，所以在闭合开关前，将滑片移至最左端，使其阻值最大；电流表有示数，说明电路为通路；电压表无示数，则可能与电压表并联的电阻短路；
（3）根据电表小量程读数，根据欧姆定律计算出电阻值；根据串联电路的特点和分压原理确定滑片移动的方向；
（4）在没有电压表情况下，电流表和定值电阻R₀，应起到电压表的作用，先使灯正常工作，再通过开关的转换，在电路连接关系、各用电器电压不变的情况下，使电流表测出灯与定值并联的总电流，根据并联电路电流的特点，求出灯的额定电流，根据P_额=U_额I_额写出灯的额定功率的表达式．

解答 解：（1）原电路中，电压表并联在电源的两端了，电压表应与电阻并联，如下图所示：

（2）经分析，电路的故障则可能是与电压表并联的电阻短路；
（3）由图乙知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.26A；电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.4V；所以，定值电阻的阻值为R=$\frac{U}{I}=\frac{2.4V}{0.26A}$=9.23Ω；要使电压表的示数变大，根据串联电路电压的特点，应减小变阻器分得的电压，根据分压原理应减小滑动变阻器的连入电路中的阻值，故应将滑片向右滑动；
（4）首先只闭合S和S₂，移动变阻器滑片，当电流表的示数为$\frac{U}{{R}_{0}}$时，R₀的电压为U，因定值电阻与灯泡并联，根据并联电路电压特点，灯两端的电压也为U，灯正常发光；保持滑片的位置不动，只闭合S和S₁，因电路的连接关系没有改变，各用电器的电压不变，通过定值电阻的电流大小不变为$\frac{U}{{R}_{0}}$，灯仍正常工作，
此时电流表测量干路电流，根据并联电路电流的特点，灯泡的额定电流I_额=I-I₀=I-$\frac{U}{{R}_{0}}$，灯泡的额定功率：
P_额=U_额I_额=U×（I-$\frac{U}{{R}_{0}}$）；
故答案为：（1）如上图所示；
（2）与电压表并联的电阻短路；
（3）9.23；右；
（4）①S₂； $\frac{U}{{R}_{0}}$；②S₁；U×（I-$\frac{U}{{R}_{0}}$）；

点评 本题　涉及探究“通过导体的电流与导体两端电压的关系”与测灯的额定电功率两个实验，考查电路的连接、故障的分析、电阻的计算、动态电路的分析及在缺少电压表的情况设计实验方案测额定功率的能力，综合性较强，有一定难度．