Question

5．某物理實驗小組的小明同學(xué)用如圖甲所示的器材測量標有“2.5V”字樣的小燈泡L的電功率，其中電源電壓為定值，滑動變阻器上標有“50Ω 1A”字樣．
（1）在圖甲中用筆畫線代替導(dǎo)線，將實物圖連接完整；（要求：滑片向左滑，燈泡變亮．）
（2）在閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)移到B端（選填“A”或“B”）．小明正確連接電路，并按正確的步驟操作，閉合電鍵S，電壓表和電流表示數(shù)分別為1V和0.1A，但是小燈泡幾乎不亮，導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是電路總電阻過大，小燈的泡實際電功率太�。�
（3）移動滑動變阻器，當電壓表示數(shù)U=2.5V時，燈泡正常發(fā)光．此時電流為圖乙所示I=0.3A，小燈泡的額定功率為0.75W．此時滑動變阻器接入的阻值為11.7Ω（保留一位小數(shù)）．小明移動滑片，測出多組電流和電壓值，分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)通過小燈泡的電流值與電壓值不成正比，檢查兩電表均無故障，你認為可能的原因是小燈泡的阻值不是定值；
（4）小明同學(xué)還想探究“電路中電流與電阻的關(guān)系”，他拿來幾個定值電阻替代小燈泡，先把5Ω電阻連入電路，實驗中，將變阻器的滑片移到某一位置時，讀出電壓表的示數(shù)為2V，并讀出電流表的示數(shù)，緊接著小明想更換電阻再做兩次實驗，可供選擇的電阻有10Ω、20Ω、30Ω、60Ω定值電阻各一個．
①為了保證實驗成功，他應(yīng)該選擇的電阻是10Ω和20Ω；
②該實驗的結(jié)論是：電壓一定時，電流與電阻成反比；
（5）你認為下列實驗中多次測量的目的與（4）中實驗相同的是①（填序號）；
①探究串聯(lián)電路兩端的電壓和它的各部分電路的電壓之間的關(guān)系；
②用伏安法測量定值電阻的阻值；
③測量物體的長度．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程；燈泡、開關(guān)以及滑動變阻器串聯(lián)連接，滑片向左滑，燈泡變亮，說明電路中的電流變大，滑動變阻器接入電路的阻值變小，即將滑動變阻器的左下接線柱接入電路；
（2）閉合開關(guān)前，需將滑動變阻器的滑片滑動阻值最大處；
燈泡之所以能發(fā)光是據(jù)電流的熱效應(yīng)的原理，故此時電流表電壓表均有示數(shù)，即電路是通路，且燈泡沒有發(fā)生短路，故此時燈泡不能發(fā)光是由于燈絲的電功率太低，導(dǎo)致燈絲上產(chǎn)生的熱量太少造成的．
（3）當燈泡兩端電壓等于燈泡的額定電壓時，燈泡正常發(fā)光；根據(jù)電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電流表的示數(shù)，然后根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；根據(jù)電源電壓、串聯(lián)電路的特點以及歐姆定律的變形公式求出燈絲的電阻；
燈泡電阻隨燈泡溫度變化而變化，因此燈泡電阻不是定值，燈泡電壓與電流不成正比．
（4）在探究電流與電阻實驗中，因為通過導(dǎo)體電流的大小與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻兩個因素有關(guān)，所以實驗中更換電阻后要調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電阻兩端的電壓保持不變?nèi)詾?V，據(jù)此判斷選擇；最后根據(jù)歐姆定律的內(nèi)容得出實驗結(jié)論．
（5）多次測量的目的：一是用來求平均值來減小誤差，二是為了從不同情況中找到普遍規(guī)律．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表選擇0～3V，并將電壓表的3V的接線柱與燈泡的左接線柱相連；將開關(guān)的右接線柱與滑動變阻器的左下接線柱相連，如下圖所示：

（2）閉合開關(guān)前，需將滑動變阻器的滑片滑動阻值最大處，即將滑片滑動B端；
閉合電鍵S，電壓表和電流表示數(shù)分別為1伏和0.1安，但是小燈幾乎不亮，即此時的電壓和電流都很小，即燈泡不亮是由于小燈的實際電功率較低造成的；
（3）移動滑動變阻器，當電壓表示數(shù)為2.5V時，燈泡正常發(fā)光；
電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
根據(jù)實物圖可知，電源電壓為6V，由串聯(lián)電路電壓的特點可知，滑動變阻器兩端電壓為6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$可知，滑動變阻器接入電路的阻值：R=$\frac{U′}{I}$=$\frac{3.5V}{0.3A}$≈11.7Ω；
因為燈絲的電阻與燈絲溫度有關(guān)，燈絲溫度變化，燈絲的電阻隨著發(fā)生變化，所以通過小燈泡的電流與小燈泡兩端的電壓不成正比．
（2）①為了保證實驗成功，要保證更換電阻后電壓表的示數(shù)仍為2V，
因為電源電壓為6V，所以滑動變阻器兩端的電壓為6V-2V=4V，
即：U₁：U₂=2V：4V=1：2，
因為兩電阻串聯(lián)，所以R₁：R₂=U₁：U₂=1：2，
又因為滑動變阻器R₂的最大電阻為50Ω，所以R₁≤25Ω，
只能選10Ω或20Ω；
②根據(jù)歐姆定律的內(nèi)容可得實驗結(jié)論：電壓一定時，電流與電阻成反比．
（5）（4）中多次實驗的目的是為了尋找普遍規(guī)律；
①探究串聯(lián)電路兩端的電壓和它的各部分電路的電壓之間的關(guān)系，次實驗多次測量是為了尋找普遍規(guī)律；
②③用伏安法測量定值電阻的阻值和測量物體的長度兩個實驗中，多次實驗都是為了求平均值來減小誤差；
顯然①實驗與（4）中實驗中多次測量的目的相同．
故答案為：（1）見上圖；（2）B；電路總電阻過大，小燈的泡實際電功率太��；（3）2.5；0.3；0.75；11.7；小燈泡的阻值不是定值；（4）①10；20；②電流與電阻成反比；（5）①．

點評 本題考查了實物圖的連接方法（量程選擇、滑動變阻器的連接）、電流表讀數(shù)、額定功率和歐姆定律的應(yīng)用、多次實驗的目的等，知識點多，有利于提高分析實驗的能力．