Question

【題目】子森同學在探究“電流與電壓的關系”實驗中，選用器材如下：電壓為4.5V的電源、滑動變阻器RA（50Ω 1A）、滑動變阻器RB（20Ω 1A）、電流表、電壓表、開關、定值電阻、導線若干。

（1）請用筆畫線代替導線，將圖甲的實驗電路連接完整__________。

（2）連接電路時，開關應斷開，防止因電路_____（填“短路”或“斷路”）造成電流過大而損壞元件。開關閉合前，應將滑動變阻器滑片滑到最_____（填“左”或“右”）端。

（3）開關閉合后，兩表均無示數，故障可能是_____（填“定值電阻”或“滑動變阻器”）斷路。

（4）排除故障后，多次改變定值電阻兩端的電壓，測得實驗數據如下表。第2次電壓表的示數如圖乙，則此時電壓為_____V．分析數據可知：電阻一定時，導體中的電流與導體兩端的電壓成_____。

（5）實驗中所用定值電阻的阻值是_____Ω，所選的滑動變阻器是_____（填“RA”或“RB”）。

（6）完成實驗后，子森想測量小燈泡的額定功率，重新設計了電路（如圖丙），這個小燈泡正常工作的電流為I額．請完成實驗步驟（已知電源電壓為U、R2的最大阻值為R2）：

①閉合開關S1，S2接1，移動滑動變阻器R2的滑片，使電流表示數為_____；

②閉合開關S1，S2接2，保持滑動變阻器_____的滑片位置不變，調另一個滑動變阻器的滑片，使電流表示數為_____；再將滑動變阻器R2的滑片調到最右端，讀出電流表的示數為I；

③小燈泡的額定功率表達式為P額=_____。

Answer 1

【答案】 短路 左 滑動變阻器 1.4 正比 10 RA I額 R2 I額 I額2×（﹣R2）

【解析】（1）在探究“電流與電壓的關系”實驗中，電壓表應與電阻并聯，電流表應與電阻串聯，如圖：

（2）為了防止因電路短路造成電流過大而損壞元件，連接電路時，開關要斷路，變阻器連入電路中的電阻最大，即即最左端；

（3）若定值電阻斷路，則電壓表串聯在電路中，由于電壓表與電源兩極連通，電壓表會有示數，不符合題意；若滑動變阻器斷路，電路斷路，那么兩表會均無示數，所以故障應是滑動變阻器斷路；

（4）由圖乙知道第2次電壓表選用的是小量程，分度值為0.1V，此時電壓表的示數是1.4V；由表中數據知道，電壓與電流的比值都相等，即R=U/I=1.0V/0.10A=2.0V/0.20A=2.4V/0.24A=3.0V/0.30A=10Ω，所以，在電阻一定時，導體中的電流與導體兩端的電壓成正比

（5）由以上（4）的計算知道，所用定值電阻的阻值是10Ω；

根據表格中的第1組數據，由串聯電路的規律和歐姆定律知道，變阻器連入電路中的電阻是：R滑 =UU1/I1=4.5V1.0V/0.1A=35Ω＞20Ω，所以，選用的滑動變阻器是RA；

（6）①閉合開關S1，S2 接1，移動滑動變阻器R2 的滑片，應使電流表示數為I額，使燈正常發光；

②閉合開關S1，S2 接2，保持滑動變阻器R2 的滑片位置不變，調另一個滑動變阻器R1 的滑片，使電流表示數為I額；根據等效替代法，再將滑動變阻器R2 的滑片調到最右端，讀出電流表的示數為I；

③在①中，變阻器R1 短路，燈與變阻器R2 串聯，燈正常發光，在②中燈短路，兩變阻器串聯，因為R2 的滑片位置不變，根據等效替代法，變阻器R1 連入電路中的電阻等于燈正常發光時的電阻大小；由歐姆定律和電阻的串聯這段，變阻器R1 連入電路中的電阻是：R1滑=U/I-R2 ，即燈正常發光的電阻為U/I-R2，小燈泡的額定功率表達式為P額=I額2 ×（U/I-R2 ）。