Question

实验桌上摆放着如下实验器材：满足实验要求的电源1个、阻值已知的定值电阻（R₀）和电阻箱（电路图符号　）各一个，已调零的电压表1块，滑动变阻器1个，开关若干，导线若干．请选用上述实验器材，设计一个实验证明“当电流保持不变时，两个电阻R₀与R串联的总功率与电阻R的关系为：P=kR+b（k、b为常量）”．请你画出实验电路图，写出实验步骤，画出实验数据记录表．（要求：在实验过程中不要拆卸电路）

Answer 1

答：（1）实验电路图：如图所示．
（2）实验步骤：
①按照电路图连接电路，滑动变阻器接入电路电阻最大，电阻箱接入电路电阻为某一合适值R．将R和定值电阻R₀的阻值记录在表格中．
②闭合开关S₁和S₂，调节滑动变阻器至合适位置时，用电压表测出定值电阻R₀两端的电压为U₁．断开开关S₂，闭合开关S₁和S₃，用电压表测出电阻箱和定值电阻两端的电压为U₂．将U₁、U₂的测量数据记录在表格中．
③改变电阻箱接入的电阻R的值，闭合开关S₁和S₂，改变滑动变阻器接入电路的电阻，使定值电阻R₀两端的电压始终为U₁不变．断开开关S₂，闭合开关S₁和S₃，用电压表测出电阻箱和定值电阻两端的电压U₂．将R、U₂的测量数据记录在表格中．
④仿照步骤③，分别改变4次电阻箱接入的电阻R的值．闭合开关S₁和S₂，改变滑动变阻器接 入电路的电阻，使定值电阻R₀两端的电压始终为U₁不变．用电压表测出各次相应的U₂，将R、U₂的测量数据记录在表格中．
⑤利用公式P=U₂I=和测量数据，计算R₀与R串联的总功率P，将P的数值记录在表格中．
（3）实验数据记录表格：

R/Ω
R0/Ω
U1/V
U2/V
P/W

分析：根据实验要求，将一个定值电阻与电阻箱串联，因为要保证电流不变，所以还串联一个滑动变阻器，当改变电阻箱接入电路的电阻时，通过调节滑动变阻器的电阻，使电路中电流不变．因为是证明两个电阻串联后两端的总功率与另一个电阻R的关系为：P=kR+b，所以要测出两个电阻串联时两端的总电压，根据P=UI得出总功率；R的阻值可从电阻箱上读出来，根据P=I²R求出定值电阻和电阻箱电阻的电功率，即k=I²，b=I²R₀，这样改变电阻箱的阻值，调节滑动变阻器的阻值，保证电流不变，就可得到多组数据．记录在表格中，然后分析归纳就可证明两个电阻串联后两端的总电压与另一个电阻R的关系为：P=kR+b（k、b为常量）．
点评：将按实验要求：要不断改变变阻箱的阻值从而改变电压，这时电流要改变；根据控制变量法的思路，要注意保证电流不变，所以要通过滑动变阻器来调节电流保持不变．