Question

5．某物理实验小组的小明同学用如图甲所示的器材测量标有“2.5V”字样的小灯泡L的电功率，其中电源电压为定值，滑动变阻器上标有“50Ω 1A”字样．
（1）在图甲中用笔画线代替导线，将实物图连接完整；（要求：滑片向左滑，灯泡变亮．）
（2）在闭合开关前，滑片应移到B端（选填“A”或“B”）．小明正确连接电路，并按正确的步骤操作，闭合电键S，电压表和电流表示数分别为1V和0.1A，但是小灯泡几乎不亮，导致这一现象出现的原因是电路总电阻过大，小灯的泡实际电功率太小；
（3）移动滑动变阻器，当电压表示数U=2.5V时，灯泡正常发光．此时电流为图乙所示I=0.3A，小灯泡的额定功率为0.75W．此时滑动变阻器接入的阻值为11.7Ω（保留一位小数）．小明移动滑片，测出多组电流和电压值，分析数据后发现通过小灯泡的电流值与电压值不成正比，检查两电表均无故障，你认为可能的原因是小灯泡的阻值不是定值；
（4）小明同学还想探究“电路中电流与电阻的关系”，他拿来几个定值电阻替代小灯泡，先把5Ω电阻连入电路，实验中，将变阻器的滑片移到某一位置时，读出电压表的示数为2V，并读出电流表的示数，紧接着小明想更换电阻再做两次实验，可供选择的电阻有10Ω、20Ω、30Ω、60Ω定值电阻各一个．
①为了保证实验成功，他应该选择的电阻是10Ω和20Ω；
②该实验的结论是：电压一定时，电流与电阻成反比；
（5）你认为下列实验中多次测量的目的与（4）中实验相同的是①（填序号）；
①探究串联电路两端的电压和它的各部分电路的电压之间的关系；
②用伏安法测量定值电阻的阻值；
③测量物体的长度．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程；灯泡、开关以及滑动变阻器串联连接，滑片向左滑，灯泡变亮，说明电路中的电流变大，滑动变阻器接入电路的阻值变小，即将滑动变阻器的左下接线柱接入电路；
（2）闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片滑动阻值最大处；
灯泡之所以能发光是据电流的热效应的原理，故此时电流表电压表均有示数，即电路是通路，且灯泡没有发生短路，故此时灯泡不能发光是由于灯丝的电功率太低，导致灯丝上产生的热量太少造成的．
（3）当灯泡两端电压等于灯泡的额定电压时，灯泡正常发光；根据电流表的量程、分度值以及指针的位置读出电流表的示数，然后根据P=UI求出灯泡的额定功率；根据电源电压、串联电路的特点以及欧姆定律的变形公式求出灯丝的电阻；
灯泡电阻随灯泡温度变化而变化，因此灯泡电阻不是定值，灯泡电压与电流不成正比．
（4）在探究电流与电阻实验中，因为通过导体电流的大小与导体两端的电压和导体的电阻两个因素有关，所以实验中更换电阻后要调节滑动变阻器的滑片使电阻两端的电压保持不变仍为2V，据此判断选择；最后根据欧姆定律的内容得出实验结论．
（5）多次测量的目的：一是用来求平均值来减小误差，二是为了从不同情况中找到普遍规律．

解答 解：（1）灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表选择0～3V，并将电压表的3V的接线柱与灯泡的左接线柱相连；将开关的右接线柱与滑动变阻器的左下接线柱相连，如下图所示：

（2）闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片滑动阻值最大处，即将滑片滑动B端；
闭合电键S，电压表和电流表示数分别为1伏和0.1安，但是小灯几乎不亮，即此时的电压和电流都很小，即灯泡不亮是由于小灯的实际电功率较低造成的；
（3）移动滑动变阻器，当电压表示数为2.5V时，灯泡正常发光；
电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.3A，灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
根据实物图可知，电源电压为6V，由串联电路电压的特点可知，滑动变阻器两端电压为6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$可知，滑动变阻器接入电路的阻值：R=$\frac{U′}{I}$=$\frac{3.5V}{0.3A}$≈11.7Ω；
因为灯丝的电阻与灯丝温度有关，灯丝温度变化，灯丝的电阻随着发生变化，所以通过小灯泡的电流与小灯泡两端的电压不成正比．
（2）①为了保证实验成功，要保证更换电阻后电压表的示数仍为2V，
因为电源电压为6V，所以滑动变阻器两端的电压为6V-2V=4V，
即：U₁：U₂=2V：4V=1：2，
因为两电阻串联，所以R₁：R₂=U₁：U₂=1：2，
又因为滑动变阻器R₂的最大电阻为50Ω，所以R₁≤25Ω，
只能选10Ω或20Ω；
②根据欧姆定律的内容可得实验结论：电压一定时，电流与电阻成反比．
（5）（4）中多次实验的目的是为了寻找普遍规律；
①探究串联电路两端的电压和它的各部分电路的电压之间的关系，次实验多次测量是为了寻找普遍规律；
②③用伏安法测量定值电阻的阻值和测量物体的长度两个实验中，多次实验都是为了求平均值来减小误差；
显然①实验与（4）中实验中多次测量的目的相同．
故答案为：（1）见上图；（2）B；电路总电阻过大，小灯的泡实际电功率太小；（3）2.5；0.3；0.75；11.7；小灯泡的阻值不是定值；（4）①10；20；②电流与电阻成反比；（5）①．

点评 本题考查了实物图的连接方法（量程选择、滑动变阻器的连接）、电流表读数、额定功率和欧姆定律的应用、多次实验的目的等，知识点多，有利于提高分析实验的能力．