Question

18．在“探究電流與電阻的關系”的實驗中，小明同學連接了如圖甲所示的實物圖，電源為2節(jié)新干電池．

（1）圖甲中電壓表連接不完整，電壓表的負接線柱應與點F相連（選填“E”或“F”）．
（2）電路連接無誤后，閉合開關，先后將5Ω和10Ω的電阻分別接入電路，移動滑片P進行了二次實驗，數據如表格所示．小明緊接著再將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻后，直接讀出電流表的示數為0.12 A．

物理量 實驗次數	電阻R（Ω）	電流I （A）
1	5	0.4
2	10	0.2
3	20

（3）①小明同學發(fā)現(xiàn)實驗桌上還有一個小燈泡，他想測這個小燈泡的額定功率（小燈泡標有“2.5V”字樣），于是他將該燈泡替換上面實驗中20Ω的定值電阻，電路連接正確后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表有示數，接下來應進行的操作是C（選填字母序號）．
A．更換小燈泡；B．檢查電路是否斷路；C．移動滑動變阻器滑片．
②正確操作后當電壓表示數為2.5V時，電流表的示數如圖乙，則小燈泡的額定功率為0.75W．
③同小組的其他同學設計了如圖丙的電路圖，利用它也可以測出上面小燈泡的額定功率（圖中電源電壓不變，定值電阻阻值為R），具體操作如下：
A、將開關S撥到2處，閉合開關S₁，調節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數為2.5V；
B、斷開開關S₁，將開關S撥到1處，保持滑動變阻器的滑片位置不動，再閉合開關S₁，記下此時電壓表的示數為U；
C、算出該燈額定功率P=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{R}$．（寫出表達式）

Answer 1

分析 （1）電壓表要并聯(lián)在電路中，要遵循“正進負出”的原則．
（2）由于將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻后，直接讀出電流表示數，則20Ω的電阻兩端的電壓不是1.5V，由于變阻器的滑片沒有移動，所以首先根據10Ω的電阻連入時的狀態(tài)利用歐姆定律和串聯(lián)電路的特點求出滑動變阻器連入的阻值，然后再利用歐姆定律和串聯(lián)電路的特點求出變阻器與20Ω的定值電阻串聯(lián)時的電流，即為此時的電流表示數．
（3）①小燈泡不亮但電流表有示數，可能是電路電阻太大，電路電流太小，燈泡功率太小，不足以讓燈泡發(fā)光，接下來正確的實驗操作是：移動滑動變阻器滑片，減小滑動變阻器接入電路的阻值，看燈泡能不能發(fā)光；
②電流表讀數：首先確定使用的量程，然后確定每一個大格和每一個小格代表的示數；利用P=UI求出燈泡的電功率；
③要測量小燈泡的功率，需測量出小燈泡的電壓和電流，由圖知，根據燈泡兩端的電壓和電阻能計算出電路中的電流，通過開關的變化測出燈泡兩端的電壓，得出小燈泡的電功率的表達式．

解答 解：（1）電壓表要并聯(lián)在電阻兩端，正線柱已經接在電阻的右端，所以電壓表的負接線柱應與點F相連；
（2）由表格可知：當10Ω的電阻時電流為0.2A，由歐姆定律得：電阻兩端的電壓U₁=IR=0.2A×10Ω=2V，
由于電源為2節(jié)新干電池，則電源電壓為1.5V×2=3V，
根據串聯(lián)電路中總電壓等于各分電阻兩端電壓之和可知：
滑動變阻器兩端的電壓為U_滑=U-U₁=3V-2V=1V，
所以滑動變阻器連入的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{1V}{0.2A}$=5Ω；
當將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻后，由于沒有移動滑動變阻器的滑片；
則此時總阻值為R_總=R′+R_滑=20Ω+5Ω=25Ω；
所以電流表示數為：I′=$\frac{U}{{R}_{總}}$=$\frac{3V}{25Ω}$=0.12A．
（3）①閉合開關前，滑動變阻器接入電路的阻值為最大阻值，閉合開關，由于電路總電阻很大，電路電流較小，燈泡的實際功率很小，可能不足以引起燈泡發(fā)光；閉合開關后，如果燈泡不亮，應移動滑動變阻器滑片，看燈泡是否發(fā)光，如果發(fā)光，說明電路不存在故障，如果移動滑片后燈泡仍不發(fā)光，說明電路存在故障，然后查找故障原因；故選C．
②當電壓表示數等于燈泡額定電壓2.5V時，小燈泡達到額定功率；
由圖示電流表可知，電流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，電流表示數是0.30A；
燈泡額定功率P=UI=2.5V×0.30A=0.75W．
③A、將開關S撥到2處，閉合開關S₁，調節(jié)滑動變阻器的阻值，使燈泡兩端的電壓為2.5V，即電壓表的示數為2.5V；
C、由串聯(lián)電路中總電壓等于各分電阻兩端電壓之和可知：
定值電阻R兩端的電壓U_R=U-2.5V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{U-2.5V}{R}$；
則燈泡的額定功率：
P=U_額I=2.5V×$\frac{U-2.5V}{R}$=$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{R}$．
故答案為：（1）F；（2）0.12；（3）①C；②0.75；③電壓表的示數為2.5V；$\frac{2.5V×（U-2.5V）}{R}$．

點評 此題考查的知識點較多，有電壓表的連接，電流表的讀數方法以及電路故障的分析，電功率的計算等，涉及知識較多，尤其是創(chuàng)新性設計電功率測量實驗，有一定難度；在“探究電流與電阻的關系”的實驗中，靈活運用控制變量法進行實驗探究是解題的關鍵，要深入理解并加強練習．