Question

【題目】小明選用如下器材：5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω、30Ω 的定值電阻、最大阻值為30Ω的滑動(dòng)變阻器、學(xué)生電源、電流表、電壓表、開關(guān)導(dǎo)線若干，進(jìn)行探究。

(1)探究“電流與電阻的關(guān)系”，電源電壓為6V，控制電壓為2.5V。

①請(qǐng)你幫助小明按照?qǐng)D甲所示電路，用筆畫代替導(dǎo)線把圖乙中的實(shí)物電路連接完整。要求：當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)，電流表的指針偏轉(zhuǎn)角度變大；

（________）

②電路連接正確后，小明用開關(guān)試觸，發(fā)現(xiàn)電壓表指針偏轉(zhuǎn)角度很大，電流表無(wú)示數(shù)，該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是定值電阻發(fā)生______（填“斷路”或“短路”）；

③排除故障后，把5Ω的電阻接入電路，使其兩端的電壓為2.5V并記下對(duì)應(yīng)的電流值。當(dāng)把5Ω換為10Ω的電阻后，使其兩端的電壓恢復(fù)到2.5V，此時(shí)滑動(dòng)變阻器連入的阻值，跟原來(lái)的相比______（填“變大”或“變小”）；

④當(dāng)小明把25Ω的電阻接入電路中時(shí)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片都不能使電阻兩端電壓達(dá)到2.5V。電阻兩端控制電壓2.5V不變，為保證六個(gè)電阻單獨(dú)接入電路中完成實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該調(diào)節(jié)電源使其電壓不超過_____V；

(2)測(cè)量小燈泡的額定功率。小明又把定值電阻換成額定電壓為3.8V的小燈泡，并把電壓表的量程換成0~15V。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為3.8V，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為_____Ω；

通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。小明繪制了小燈泡的電流與電壓關(guān)系圖像。由圖丁可得出，當(dāng)燈泡的實(shí)際功率變大時(shí)，其電阻會(huì)_______（填“變大”“變小”或“不變”）；

(3)完成上面實(shí)驗(yàn)后，小明想測(cè)量額定電壓為U額的小燈泡的額定功率，設(shè)計(jì)了如圖戊所示的電路，已知電源電壓為U，定值電阻的阻值為R0。請(qǐng)幫小明將實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整：

①只閉合開關(guān)S、S1，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電流表示數(shù)為______，小燈泡正常發(fā)光；

②只閉合開關(guān)S、S2，使滑動(dòng)變阻器的滑片_______（填“向左移”“保持不動(dòng)”或“向右移”），讀出電流表的示數(shù)為I；

③小燈泡的額定功率表達(dá)式為P額＝_____（用字母表示）。

Answer 1

【答案】 斷路 變大 5 7.6 變大 保持不動(dòng)

【解析】

(1)[1]從圖甲可以看到，這是一個(gè)串聯(lián)電路，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)，電流表的指針偏轉(zhuǎn)角度變大，即電流值變大，電路中的電流變大，根據(jù)可知，電路中的總電阻變小，那么滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變小，應(yīng)該把變阻器的左下端接入電路；由于控制電壓為2.5V，當(dāng)5Ω的電阻接入電路，電路中的電流大小是

當(dāng)10Ω、15Ω、20Ω、25Ω、30Ω的電阻接入電路時(shí)，根據(jù)可知，電流會(huì)更小，這樣電流表只需要選擇0~0.6A的量程即可；根據(jù)上述連接實(shí)物圖，如下圖所示。

[2]假設(shè)定值電阻發(fā)生短路，那么電壓表是沒有示數(shù)的，整個(gè)串聯(lián)電路是有電流的，電流表會(huì)有示數(shù)，這情況與題中條件不符合，所以不可能是定值電阻發(fā)生短路；假設(shè)定值電阻發(fā)生斷路，整個(gè)電路是沒有電流的，電流表沒有示數(shù)，電壓表測(cè)的是電源電壓，有示數(shù)，電壓表指針偏轉(zhuǎn)角度很大，這情況與題中條件相符合，所以是定值電阻發(fā)生斷路。

[3]這是一個(gè)串聯(lián)電路，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，定值電阻的阻值變大，為了保持其兩端的電壓大小不變，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值也應(yīng)該變大。

[4]設(shè)這個(gè)電源電壓的大小是，當(dāng)定值電阻是5Ω時(shí)，電路中的電流大小是

滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值大小是

并且要求

解得

當(dāng)定值電阻是10Ω時(shí)，電路中的電流大小是

滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值大小是

同樣要求

解得

同理，當(dāng)定值電阻是15Ω時(shí)，電源電壓的取值范圍是

當(dāng)定值電阻是20Ω時(shí)，電源電壓的取值范圍是

當(dāng)定值電阻是25Ω時(shí)，電源電壓的取值范圍是

當(dāng)定值電阻是30Ω時(shí)，電源電壓的取值范圍是

綜上所述，電源電壓的取值范圍是

即為保證六個(gè)電阻單獨(dú)接入電路中完成實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該調(diào)節(jié)電源使其電壓不超過5V。

(2)[5]從圖丙可以看到，電流表的量程是0~0.6A，分度值是0.02A，它的讀數(shù)是0.5A，根據(jù)可知，小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻是

小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻是。

[6]從圖丁可以看到，當(dāng)燈泡的實(shí)際功率變大時(shí)，其電流、電壓也在變大，根據(jù)可知，圖線的斜率在變小，即在變小，在變大。

(3)[7]從圖中可以看到，當(dāng)只閉合開關(guān)S、S1時(shí)，滑動(dòng)變阻器與燈泡并聯(lián)后，再與定值電阻R0串聯(lián)，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，定值電阻R0兩端的電壓是

這時(shí)電流表的示數(shù)是

這個(gè)電流值大小是流過滑動(dòng)變阻器和燈泡的電流之和。

[8]只閉合開關(guān)S、S2，滑動(dòng)變阻器還是與燈泡并聯(lián)后，再與定值電阻R0串聯(lián)，這時(shí)電流表測(cè)的是流過變阻器的電流大小，這時(shí)應(yīng)該使滑動(dòng)變阻器的滑片保持不動(dòng)，這樣滑動(dòng)變阻器和燈泡的電流之和還是和上述一樣，讀出電流表的示數(shù)I。

[9]由上述可知，流過燈泡的電流大小是

根據(jù)可知，小燈泡的額定功率表達(dá)式是

小燈泡的額定功率表達(dá)式是。