Question

15．圖甲是小明“探究電流與電壓關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中所連接的實(shí)物圖．
（1）①將甲圖中的滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大，試觸開關(guān)時(shí)，會(huì)看到的現(xiàn)象是：
電壓表：示數(shù)接近于電源電壓；
電流表：指針幾乎無(wú)偏轉(zhuǎn)．
②圖甲中有一根導(dǎo)線接錯(cuò)了，請(qǐng)?jiān)阱e(cuò)誤處畫“×”，并在圖上改正．
（2）改正錯(cuò)誤后，測(cè)量了幾組電壓和電流的值如表：分析數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是：電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比．

電壓U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8
電流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28

（3）用這個(gè)電路還可以測(cè)小燈泡的電阻，將定值電阻換成一只標(biāo)有“2.5V”的小燈泡，閉合開關(guān)后當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙，則小燈泡正常發(fā)光的電阻是10.4Ω（保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)值），圖丙是小燈泡的U-I圖象，請(qǐng)你說(shuō)明為什么電流與電壓不成正比？小燈泡的電阻是變化的，隨溫度的升高而增大．
（4）小明又發(fā)現(xiàn)了一種能測(cè)出小燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻的方法，他設(shè)計(jì)的電路如圖丁所示，其中 表示標(biāo)準(zhǔn)電阻箱（阻值變化范圍是0～9999.9Ω）．（提示：圖中的選擇開關(guān)，可擲向A．B．C．D四檔，當(dāng)選擇開關(guān)擲向A檔時(shí)，1、2兩支路同時(shí)接通）請(qǐng)你幫他寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟：①選擇開關(guān)擲向A（或如圖所示位置），調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②將選擇開關(guān)擲向B，保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表的示數(shù)為2.5V，記下電阻箱連入電路中的阻值R₀，小明知道了小燈泡正常發(fā)光電阻，還利用這個(gè)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出小燈泡的額定功率，其表達(dá)式為P_額=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{R}_{0}}$．（用符號(hào)表示）

Answer 1

分析 （1）①讀圖判斷電路的連接情況，重點(diǎn)看電壓表是否并聯(lián)在了定值電阻的兩端，電流表是否串聯(lián)在了電路中，如果沒(méi)有，再進(jìn)一步判斷其連接情況，得出對(duì)其示數(shù)的影響；
②根據(jù)前面對(duì)電路連接圖的判斷，做出相應(yīng)的改正即可；
（2）分析表格中電流的變化倍數(shù)和電壓的變化倍數(shù)之間的關(guān)系，利用控制變量法得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；
（3）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，利用歐姆定律求出小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻；燈泡的電阻與溫度有關(guān)；
（4）由等效代替的方法可知，先把開關(guān)S與1相連后，調(diào)節(jié)變阻器滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；然后把開關(guān)S與2相連，保持滑動(dòng)變阻器的阻值不變，調(diào)節(jié)變阻器，當(dāng)電壓表的示數(shù)為2.5V時(shí)，變阻器的示數(shù)即為額定電壓下燈泡的電阻．

解答 解：（1）①讀圖可知，電壓表未并聯(lián)在定值電阻的兩端，而是與電流表一起串聯(lián)在了電路中，定值電阻被短路，因此，當(dāng)試觸兩電表時(shí)，電壓表的示數(shù)將接近電源電壓，電流表的指針幾乎不偏轉(zhuǎn)；
②取消定值電阻右接線柱與電流表相連的導(dǎo)線，使定值電阻的右接線柱與電壓表的左接線柱相連，如圖所示；

（2）分析表格中數(shù)據(jù)可知，通過(guò)電阻電流的變化倍數(shù)等于兩端電壓變化的倍數(shù)，故可得結(jié)論：電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比；
（3）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓為2.5V，圖乙中電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.24A，則燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.24A}$≈10.4Ω；
圖線彎曲說(shuō)明燈泡的電阻值是變化的，不是定值，這是因?yàn)闊艚z電阻隨溫度升高而增大，燈泡兩端電壓越大，通過(guò)燈的電流越大，燈泡的實(shí)際功率越大，燈絲溫度越高，電阻越大，所以圖線不是直線；
（4）通過(guò)“等效代替”思想來(lái)測(cè)量燈泡在額定電壓下的電阻，因此實(shí)驗(yàn)步驟為：
①選擇開關(guān)擲向A（或如圖所示位置），調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②將選擇開關(guān)擲向B，保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表的示數(shù)為2.5V，記下電阻箱連入電路中的阻值R₀，小燈泡正常發(fā)光的電阻就為R₀．
燈泡額定功率P_額=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{R}_{0}}$．
故答案為：
（1）①示數(shù)接近于電源電壓；指針幾乎無(wú)偏轉(zhuǎn)；②如上圖所示；
（2）電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比；
（3）10.4；小燈泡的電阻是變化的，隨溫度的升高而增大；
（4）①選擇開關(guān)擲向A（或如圖所示位置），調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②將選擇開關(guān)擲向B，保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表的示數(shù)為2.5V，記下電阻箱連入電路中的阻值R₀；$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{R}_{0}}$

點(diǎn)評(píng) 本題以“探究電流與電壓關(guān)系”實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不僅考查了電流與電壓的關(guān)系，而且考查了電路故障問(wèn)題以及金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化規(guī)律和自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，要注意等效替代法和歐姆定律的應(yīng)用．