Question

【題目】小明在實驗室探究電學實驗，有如下器材：電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、電源（電壓恒為4.5V）、定值電阻R（分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω）、小燈泡（額定電壓為2.5V）、導線若干。

（1）在探究“電流與電阻的關系”實驗中：

①小明設計了如圖甲所示電路，請你幫他將圖乙所示的實物圖連接完整。

（___）

②閉合開關前，要將滑動變阻器滑片移至_____（選填“A”或“B“）端；電路中滑動變阻器起到保護電路和_____的作用。

③閉合開關，發現無論如何移動滑動變阻器的滑片，電流表有示數，電壓表示數為零，此時電路出現的故障可能是_____。

④小明排除故障后繼續實驗，先將5Ω的電阻接入電路，閉合開關，調節滑動變阻器的滑片，直到電壓表示數為2.5V，記下電流表示數；斷開開關，把5歐電阻換為10歐的電阻，再閉合開關，應向_____（選填“A”或“B“）端移動滑動變阻器的滑片，才能使電壓表示數仍為2.5V，同時再記下電流表的示數。

⑤為確保所給的5個定值電阻接入電路后都能正常進行實驗，那么，應該選取最大阻值不小于_____Ω的滑動變阻器。

（2）完成以上實驗后，小明將定值電阻換成小燈泡，想要測量它的額定電功率。在不損壞小燈泡的情況下，移動滑動變阻器的滑片，記錄多組小燈泡兩端的電壓值及對應的電流值，根據這些數據繪制出了小燈泡的“I﹣﹣U”關系圖象（如圖丙所示）。分析圖象可知，小燈泡正常工作時燈絲電阻為_____Ω，小燈泡的額定功率是_____W．從圖象還可以看出，小燈泡燈絲的電阻是_____（選填“變化或“不變”）的，造成這一現象的原因是燈絲電阻隨_____升高而增大。

Answer 1

【答案】（1）①； ②A； 保持電阻兩端電壓不變； ③電阻短路； ④A； ⑤20； （2）10； 0.625； 變化； 溫度

【解析】

（1）①根據圖甲連接實物電路；
②閉合開關前，要將滑動變阻器滑片移至阻值最大處；探究“電流與電阻的關系”實驗，需要保持電阻兩端的電壓不變；
③若電流表有示數，說明電路可能短路，電壓表示數為零，說明電壓表測量的電阻為零，分析故障的位置；
④根據控制變量法，研究電流與電阻的關系時，需控制定值電阻的電壓相同，當換上大電阻時，根據分壓原理確定電壓表示數的變化，由串聯電路電壓的規律結合分壓原理確定滑片移動的方向；
⑤探究電流與電阻的關系，應保持電阻兩端的電壓不變；根據串聯電路電壓的規律求出變阻器分得的電壓，根據分壓原理，求出當接入25Ω電阻時變阻器連入電路中的電阻；
（2）根據小燈泡額定電壓為2.5V時，讀出圖象中對應的電流數值，利用歐姆定律公式變形可求得小燈泡正常工作時的燈絲電阻，根據P=UI可求燈泡的額定功率；
根據圖象由歐姆定律求出在不同電壓下的電阻大小，比較數據得出結論；從溫度對電阻的影響分析原因。

（1）①根據圖甲連接實物，注意電壓表與電阻并聯，且正進負出，即將電壓表的負接線柱連接定值電阻的右端，定值電阻右端再連接滑動變阻器的左上接線柱即可，如下所示：

②閉合開關前，為保護電路，要將滑動變阻器滑片移至阻值最大處，即A端；

為得出普遍性的結論要多次測量，故電路中滑動變阻器除起到保護電路元件安全的作用外，還有改變電阻電壓和電流（保證定值電阻兩端的電壓不變）的作用；

③閉合開關S，無論如何移動滑動變阻器的滑片P，電流表有示數，說明電路不可能是斷路，可能是短路，電壓表示數為零，說明電壓表測量的電阻為零，則與電壓表并聯的電阻短路了；

④小明先將的電阻接入，閉合開關，調節滑動變阻器的滑片，直到電壓表示數為，記下電流表示數；接著在滑動變阻器的滑片位置不變，把R換為的電阻時，電阻變大，電壓表示數變大，為保持電壓表示數不變，要增大變阻器的電壓，故應向A端移動滑動變阻器的滑片P，才能使電壓表示數為，同時記下電流表的示數；

⑤研究電流與電阻的關系實驗中，應控制電阻兩端的電壓不變，即電阻兩端的電壓始終保持2.5V，根據串聯電路電壓的規律，變阻器分得的電壓：；

串聯時，電壓與電阻成正比，變阻器分得的電壓為電壓表示數的倍，當接入電阻時，變阻器連入電路中的電阻為：，故為了完成整個實驗，應該選取最大阻值至少的滑動變阻器；

（2）由圖象可知，小燈泡額定電壓為時，電流為，此時的電阻大小：；小燈泡的額定功率：；

由圖象知，當電壓分別為、、時，對應的電流大小分別為、、，根據分別求出對應的電阻大小為、、，所以畫出的圖像是彎曲的，即燈泡的電阻是變化的；

由于通常金屬電阻隨溫度的升高而增大，當電壓增大時，燈泡的實際功率變大，燈絲的溫度逐漸升高，則小燈泡燈絲的電阻隨溫度的升高逐漸變大。