Question

20．滑縣某中學“陽明”興趣小組在學習完電學以后，想對定值電阻中的電流跟兩端電壓的關系和小燈泡中的電流跟兩端電壓的關系進行進行再次研究與對比，達到溫故而知新的學習效果．該小組同學利用圖甲所示電路，進行如下的實驗探究．
一、定值電阻中的電流跟兩端電壓的關系．
二、額定電壓已經(jīng)模糊、額定功率為1W的小燈泡中的電流跟兩端電壓的關系．

次數(shù) 物理量	1	2	3
U/V	2.0	4.0	5.0
I/A	0.20	0.38	0.50

（1）閉合S₁、斷開S₂，滑動變阻器在此電路中除保護電路外，還有改變定值電阻兩端的電壓和電路中的電流的作用；移動滑動變阻器的滑片，電流表的示數(shù)較小且不變，原因是滑動變阻器連成了定值電阻，阻值最大，排除故障后進行實驗，得到右上表格中的三組數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，可歸納出的結論是電阻一定時，電阻中的電流跟電阻兩端的電壓成正比；由表格中的數(shù)據(jù)可知電阻R=10.2Ω（結果保留一位小數(shù)）．
（2）斷開S₁、閉合S₂，移動滑動變阻器的滑片進行有關測量，根據(jù)記錄到的燈泡L的電壓和電流的數(shù)據(jù)，繪制成電壓和電流的關系圖象（如圖乙），小燈泡的額定電壓為2.5V，根據(jù)圖象，當電壓表示數(shù)為2.5V時，50s時間內，燈泡L消耗的電能是50J．對比定值電阻和燈泡的電阻，小燈泡的電阻變化的原因是燈絲的電阻受溫度的影響．

Answer 1

分析 （1）要掌握滑動變阻器的作用，研究電流與電壓的關系時，需要改變電壓值，所以滑動變阻器的作用除了保護電路外，更重要的是改變電阻兩端的電壓和電路中的電流．
掌握滑動變阻器的連接方法，需接“一上一下”，若同時接上面兩個接線柱，則造成短路；若同時接下面兩個接線柱，則相當于接入定值電阻．
分析電壓值和電流值的變化情況，從而得出電壓隨電流的變化關系．
（2）要掌握功率的計算公式P=UI，找出當功率是1W時的電壓值．
確定電壓是2.5時的電流值，后根據(jù)W=UIt計算燈泡消耗的電能．
知道燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．

解答 解：（1）閉合S₁、斷開S₂，電阻R與滑動變阻器串聯(lián)在電路中．此實驗是研究定值電阻中的電流與兩端電壓的關系，所以滑動變阻器在此實驗中除了起到保護電路之外，還有改變電阻兩端的電壓和電路中的電流的作用．
滑動變阻器若連接下面兩個接線柱，則此時滑動變阻器接入電路中的電阻為其最大阻值，同時相當于一個定值電阻．
從表格中數(shù)據(jù)可以看出，電阻兩端的電壓增大為原來的幾倍，通過電阻的電流也跟著增大為原來的幾倍，所以可以看出電阻一定時，導體中的電流與其兩端的電壓成正比．
通過表格中數(shù)據(jù)分別計算三次測得的電阻值．R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω；R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{4V}{0.38A}$≈10.5Ω；R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{5V}{0.5A}$=10Ω
所以電阻的阻值為：R=$\frac{{R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}}{3}$=$\frac{10Ω+10.5Ω+10Ω}{3}$≈10.2Ω．
故答案為：（2）斷開S₁、閉合S₂，此時燈泡與滑動變阻器串聯(lián)在電路中．根據(jù)已知條件小燈泡的額定功率為1W，由圖象知，當燈泡兩端的電壓為2.5V時，通過燈泡的電流為0.4A，根據(jù)P=UI，此時燈泡的功率為1W．所以燈泡的額定電壓為2.5V．
當燈泡兩端的電壓為2.5V時，小燈泡的功率為額定功率即1W，所以50s內燈泡消耗的電能是W=Pt=1W×50s=50J．
從圖象可以看出，燈絲的電阻隨兩端電壓的增高而增大，而定值電阻的阻值幾乎不隨電壓的變化而變化．燈絲發(fā)光時溫度很高，所以會造成燈絲溫度的變化，從而影響燈絲的電阻．
故答案為：（1）改變定值電阻兩端的電壓和電路中的電流；滑動變阻器連成了定值電阻，阻值最大；電阻一定時，電阻中的電流跟電阻兩端的電壓成正比；10.2；（2）2.5；50；燈絲的電阻受溫度的影響．

點評 此題通過開關的斷開和閉合分別考查了電流與電壓的關系以及有關電能和功率的計算．解決此題的關鍵是會分析數(shù)據(jù)和圖象，能夠從表格的數(shù)據(jù)和圖象中得到有關信息，從而進行有關計算．