在“探究導體的電流跟電阻的關係”實驗中，老師提供的器材有：電源（電壓恆為3V），電流表、電壓表和開關各一個，五...

問題詳情：

在“探究導體的電流跟電阻的關係”實驗中，老師提供的器材有：電源（電壓恆為3V），電流表、電壓表和開關各一個，五個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，50Ω），滑動變阻器（規格是“20Ω，2A”），導線若干。

（1）圖*是小明連接的實物電路，圖中有一根導線連接錯誤，請你在連接錯誤的導線上打“×”並補畫出正確的連線。

（____）

（2）在開關閉合前，應將滑動變阻器的滑片滑至最_____（選填“左”或“右”）端。

（3）電路連接無誤後，閉合開關，小明先後將5Ω和10Ω的電阻分別接入電路，移動滑片P進行了二次實驗,數據如圖乙表格所示,小明緊接着再將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻後,直接讀出電流表示數示為__A．

（4）小明為了使實驗能繼續順利進行，還可以使用的定值電阻有_________。（寫出具體的電阻值）

（5）小明將電阻換成標有“2.5V”字樣的小燈泡，測量其不同電壓下的電功率．

①正確連接電路，閉合開關，發現小燈泡不亮，電壓表有示數，電流表指針幾乎不動，產生這種現象的原因是_____；

②排除故障，繼續實驗,根據實驗數據畫出I﹣U圖像（如圖*）．由此可求出小燈泡正常發光時的功率為__W；

（6）完成上述實驗後，小明又利用上述器材重新設計了電路（增加了一個滑動變阻器）如圖丁，測量另一個小燈泡的額定功率，這個小燈泡正常工作的電流為I1．請完成實驗步驟．

①只閉合開關S1，移動滑動變阻器R2的滑片，使電流表示數為I1；

②只閉合開關S2，保持滑動變阻器R2的滑片位置不變，移動滑動變阻器R1的滑片，使電流表示數為I1；再_____________________，讀出電流表的示數為I2；

③則小燈泡的額定功率表達式為P額=_____．

【回答】

見解析    右    0.12    15Ω，30Ω    燈泡斷路    0.625    將滑動變阻器R2的滑片調到最左端    3V I12 /I2   

【解析】

(1)原電路中，電壓表被短路了，應並聯在電阻的兩端，如下所示：

(2)在開關閉合前，應將滑動變阻器的滑片滑至阻值最大處，即最右端；

(3)研究電流與電阻的關係時，要控制電壓表示數不變，電路連接無誤後，閉合開關，小明先後將5Ω和10Ω的電阻分別接入電路，移動滑片P進行了二次實驗，數據如圖乙表格所示。因研究電流與電阻的關係時，要控制電壓表示數不變，由歐姆定律得，電壓表示數U表=I1R1=0.4A×5Ω=2V；由表中數據知，當電阻為R2=10Ω時，電流為I2=0.2A，根據串聯電路電壓的規律，變阻器兩端的電壓U滑=U−U表=3V−2V=1V，變阻器連入電路中的電阻R滑===5Ω，小明緊接着再將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻後，電路的總電阻R=R3+R滑=20Ω+5Ω=25Ω，故直接讀出電流表示數，即為此時的電流大小I===0.12A；

(4)由(3)知，定值電阻的電壓是變阻器電壓的=2倍，根據分壓原理，定值電阻的大小是變阻器阻值的2倍，當變阻器連入電路中的電阻為20Ω時，定值電阻最大值為2×20Ω=40Ω，故除已用的電阻外，小明為了使實驗能繼續順利進行，還可以使用的定值電阻有15Ω、30Ω的電阻；

(5)①經分析，閉合開關，發現小燈泡不亮，電壓表有示數，電流表指針幾乎不動，產生這種現象的原因是：燈泡斷路；②根據實驗數據畫出I−U圖象，由圖乙可知，當燈的電壓為2.5V時，通過的電流為0.25A，由此可求出小燈泡正常發光時的功率為：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；

(6)分析實驗的原理可以得出其具體的步驟為：①只閉合開關S1，移動滑動變阻器R2的滑片，使電流表示數為I1；②只閉合開關S2，保持滑動變阻器R2的滑片位置不變，調節滑動變阻器R1的滑片使電流表示數為I1；根據等效替代法，則小燈泡正常發光的電阻與變阻器R1此時的電阻相同，為測量出此時變阻器R1的電阻，故應將滑動變阻器R2的滑片調到最左端，讀出電流表的示數為I2；根據歐姆定律，變阻器R1的電阻即為燈正常發光時的電阻，即RL=，

小燈泡的額定功率P額=R燈=⋅=.

知識點：控制變量法

題型：實驗,探究題