Question

15．小亮利用以下器材：電源（電壓恒為6V）、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)各一個(gè)，電壓表、電流表各一只，三個(gè)定值電阻R₁、R₂、R₃，大小分別為10Ω、15Ω、20Ω，導(dǎo)線若干，來探究“電流與電阻的關(guān)系”．
（1）圖甲是小明連接的實(shí)物電路，圖中有一根導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，請(qǐng)你在連接錯(cuò)誤的導(dǎo)線上打“×”并補(bǔ)畫出正確的連線．
（2）電路連接正確后，閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑片，使與電阻（20Ω）并聯(lián)的電壓表示數(shù)為4V，讀出電流表示數(shù)，再分別改接15Ω、10Ω的電阻，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示．老師告訴小明有一組數(shù)據(jù)誤差較大，便找來一個(gè)5Ω的電阻讓他再測(cè)一組數(shù)據(jù)．當(dāng)他把5Ω的電阻接入電路時(shí)，要使電壓表示數(shù)仍為4V，實(shí)驗(yàn)不能繼續(xù)進(jìn)行，其原因超過了電流表所選的量程．改變連接后，當(dāng)電壓表示數(shù)仍為4V時(shí)，電流表示數(shù)為0.8A（如圖乙所示）．綜合分析數(shù)據(jù)可得：電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比．

電壓U/V	4
電阻R/Ω	20	15	10
電流I/A	0.20	0.28	0.40

（3）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小亮還想測(cè)定一個(gè)U額=2.5V的小燈泡的額定功率，他發(fā)現(xiàn)電流表已壞，于是向老師要了一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，測(cè)出了小燈泡的額定功率．請(qǐng)幫他完成實(shí)驗(yàn)步驟：
①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2，移動(dòng)滑片，使電壓表示為2.5V．
②保持滑片的位置不動(dòng)，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)為U．
③小燈泡的額定功率表達(dá)式P額=U_額×$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$．（用物理符號(hào)表示）

Answer 1

分析 （1）伏安法測(cè)功率的實(shí)驗(yàn)中，電壓表與燈泡并聯(lián)測(cè)燈泡電壓，電流表與燈泡串聯(lián)測(cè)燈泡電流．在實(shí)物連接圖中找到錯(cuò)誤之處：主要分析電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器的正確使用，從電壓表和電流表的正負(fù)接線柱、量程、連接方式，滑動(dòng)變阻器的接線柱和連入方式上逐條分析．
（2）電路中分別接入20Ω、15Ω、10Ω的電阻，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘�常進(jìn)行，說明電路是正常的，改接5Ω電阻后，電路不能正常進(jìn)行，是由于超過了電流表所選的量程；
先確定電流表選擇的量程和最小分度值，再讀出電流表的示數(shù)；綜合數(shù)據(jù)分析可知，電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流和導(dǎo)體的電阻成反比；
（3）由丙圖可知，沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于3.8V，然后測(cè)出此時(shí)定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計(jì)算出燈炮的額定功率．

解答 解：（1）由題目中的電流表表盤知，電流表選擇0～0.6A量程，電流表與電阻串聯(lián)，電源電壓為6V，電壓表選擇0～15V量程，電壓表與電阻并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器選擇一上一下接線柱，串聯(lián)在電路中．由圖可知，電阻R被短路，沒有接入電路中，正確的電路圖為：
；
（2）若再接入5Ω的電阻時(shí)，實(shí)驗(yàn)不能正常進(jìn)行，是由于超過了電流表所選的量程；
電阻兩端的電壓為4V，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$，電流表選擇0～3A量程，所以示數(shù)為0.8A；
綜合數(shù)據(jù)分析可知，電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比；
（3）①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2，移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)U，電壓表測(cè)量燈泡和R₀的總電壓；③此時(shí)定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=U-U_額=U-3.8V，
通過燈泡的電流：I_額=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，
則小燈泡額定功率：P_額=U_額I_額=U_額×$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）如圖；（2）超過了電流表所選的量程；0.8；導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比；（3）①閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2；2.5；②S₂接1；③U_額×$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路連接、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等，最后一問的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是本題的難點(diǎn)，知道實(shí)驗(yàn)原理、應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律即可正確解題．