Question

20．小明在探究“電流與電壓、電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中：

（1）連接電路時(shí)，開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)．請(qǐng)用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，根據(jù)圖1將圖2所示的實(shí)物電路連接完整．
（2）閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電壓表無(wú)示數(shù)，故障的原因可能是：①R短路②R′斷路．（故障在R或R′）
（3）排除故障后，小明通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)如表（一）所示，其中第1次實(shí)驗(yàn)的電流表示數(shù)為0.1A．根據(jù)表（一）的數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論是電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比．

表一				表二
實(shí)驗(yàn)序號(hào)	1	2	3	實(shí)驗(yàn)序號(hào)	3	4	5
電阻R/Ω	R			電阻R/Ω	R	5	15
電壓U/V	1.0	1.5	2.0	電壓U/V	2.0		2.5
電流I/A		0.15	0.20	電流I/A	0.20		0.16

（4）小明繼續(xù)探究電流與電阻的關(guān)系，將電阻R先后更換為5Ω和15Ω的電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)如表（二）所示．通過(guò)分析表（二）的數(shù)據(jù)，可知小明在操作過(guò)程中存在的錯(cuò)誤是沒(méi)有控制電壓一定．按照正確的搡作，當(dāng)把R由10Ω換成5Ω時(shí)，滑動(dòng)變阻R′的滑片應(yīng)向A（選填“A”或“B”）端移動(dòng)．
（5）該實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明又重新設(shè)計(jì)了電路（如圖3），測(cè)量一個(gè)小燈泡的額定功率，這個(gè)小燈泡正常工作的電流為I₁，請(qǐng)幫他完成實(shí)驗(yàn)步驟（已知電源電壓為U）．
①只閉合開(kāi)關(guān)S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開(kāi)關(guān)S₂，保持滑動(dòng)變阻器R₂的滑片位置不變，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁，再將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；
③則小燈泡的額定功率表達(dá)式為P_額=$\frac{U{I}_{1}^{2}}{{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）連接電路時(shí)，為了安全，開(kāi)關(guān)需斷開(kāi)；使滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，注意滑動(dòng)變阻器要按一上一下原則接入電路；
（2）故障分為短路和斷路，當(dāng)電壓表被短路后，電壓表無(wú)示數(shù)，或者使電壓表的正負(fù)接線(xiàn)柱不能與電源兩極相連；
（3）先根據(jù)第2次或第3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出電阻的阻值，然后根據(jù)歐姆定律求出第1次實(shí)驗(yàn)的電流；
電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比；
（4）探究電流與電阻的關(guān)系應(yīng)控制電阻兩端電壓不變；根據(jù)串聯(lián)電路分壓的規(guī)律確定滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)的方向；

（5）搞清實(shí)驗(yàn)的原理是利用替代法，測(cè)出燈泡的電阻，再通過(guò)電功率的變形公式P=I²R可計(jì)算小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）連接電路時(shí)，為了安全，開(kāi)關(guān)需斷開(kāi)；
使開(kāi)關(guān)的右接線(xiàn)柱與滑動(dòng)變阻器的D接線(xiàn)柱或C接線(xiàn)柱相連，如下圖所示：

（2）閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電壓表無(wú)示數(shù)，可能是電壓表被短路，即R短路；也可能是電路發(fā)生斷路，使電壓表的正負(fù)接線(xiàn)柱不能與電源兩極相連，此時(shí)電路故障為R′斷路；
（3）由第2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和I=$\frac{U}{R}$可知，定值電阻的阻值：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.5V}{0.15A}$=10Ω；
第1次實(shí)驗(yàn)中通過(guò)電阻的電流：I′=$\frac{U′}{R}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A；
根據(jù)表（一）的數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論：電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比；
（4）由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在電壓一定時(shí)，電流與電阻的乘積是一個(gè)定值，即電流與電阻成反比，由此可得：保持電壓不變時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比．更換電阻，電阻阻值變化，電阻兩端電壓變化，如果不調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，不能控制電阻兩端電壓不變，因此不能得出電流與電阻成反比的結(jié)論；故操作錯(cuò)誤為：沒(méi)有控制電壓一定；
由串聯(lián)電路分壓規(guī)律可知，當(dāng)把R由10Ω換成5Ω時(shí)，電阻兩端電壓減小，要使電阻兩端電壓不變，需減小滑動(dòng)變阻器兩端電壓，即減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，故將滑片向A端移動(dòng)；
（5）分析實(shí)驗(yàn)的原理可以得出其具體的步驟為：
①只閉合開(kāi)關(guān)S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開(kāi)關(guān)S₂，保持滑動(dòng)變阻器R₂的滑片位置不變，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁；
再將滑動(dòng)變阻器R₂的滑片調(diào)到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；
③則小燈泡的電阻與變阻器R₁此時(shí)的電阻相同，即R_燈=$\frac{U}{{I}_{2}}$，
小燈泡的額定功率P_額=I₁²R_燈=I₁²•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{U{I}_{1}^{2}}{{I}_{2}}$．
故答案為：（1）斷開(kāi)；（2）R短路；R′斷路；（3）0.1；電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比；（4）沒(méi)有控制電壓一定；A；（5）I₁；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R₁的滑片；
$\frac{U{I}_{1}^{2}}{{I}_{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題即考查了“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系”，又考查了“測(cè)量小燈泡電功率”，尤其是后一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用了兩種不同的測(cè)量方法，要求我們對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、注意事項(xiàng)、歐姆定律及電功率的變形公式等有一個(gè)全面的了解和掌握，考查內(nèi)容多，有一定難度．