Question

12．小明在探究“電流與電壓、電阻的關系”的實驗中：

（1）連接電路時，開關應斷開．請用筆畫線代替導線，根據(jù)圖1將圖2所示的實物電路連接完整．
（2）閉合開關后，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，故障的原因可能是：①R短路  ②R′斷路．（故障在R或R′）
（3）排除故障后，小明通過實驗得到數(shù)據(jù)如表（一）所示，其中第1次實驗的電流表示數(shù)為0.1A．根據(jù)表（一）的數(shù)據(jù)，可得出的結論是電阻一定時，電流與電壓成正比．

表（一）				表（二）
實驗序號	1	2	3	實驗序號	3	4	5
電阻R/Ω	R			電阻R/Ω	R	5	15
電壓U/V	1.0	1.5	2.0	電壓U/V	2.0		2.3
電流I/A		0.15	0.20	電流I/A	0.20		0.15

（4）小明繼續(xù)探究電流與電阻的關系，將電阻R先后更換為5Ω和15Ω的電阻進行實驗，得到數(shù)據(jù)如表（二）所示．通過分析表（二）的數(shù)據(jù)，可知小明在操作過程中存在的錯誤是沒有控制電壓一定．按照正確的操作，當把R由10Ω換成5Ω時，滑動變阻器R’的滑片應向A（選填“A”或“B”）端移動．
（5）該實驗結束后，小明又重新設計了電路（如圖3），測量一個小燈泡的額定功率，這個小燈泡正常工作的電流為I₁．請幫他完成實驗步驟（已知電源電壓為U）．
①只閉合開關S₁，移動滑動變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開關S₂，保持滑動變阻器R₂的滑片位置不變，移動滑動變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁；再將滑動變阻器R₂的滑片調到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；
③則小燈泡的額定功率表達式為P_額=$\frac{{I}_{1}^{2}}{{I}_{2}}$U．

Answer 1

分析 （1）連接電路時，為了安全，開關需斷開；使滑動變阻器串聯(lián)在電路中，注意滑動變阻器要按一上一下原則接入電路；
（2）故障分為短路和斷路，當電壓表被短路后，電壓表無示數(shù)，或者使電壓表的正負接線柱不能與電源兩極相連；
（3）先根據(jù)第2次或第3次實驗數(shù)據(jù)求出電阻的阻值，然后根據(jù)歐姆定律求出第1次實驗的電流；
電阻一定時，電流與電壓成正比；
（4）探究電流與電阻的關系應控制電阻兩端電壓不變；根據(jù)串聯(lián)電路分壓的規(guī)律確定滑動變阻器滑片移動的方向；
（5）搞清實驗的原理是利用替代法，測出燈泡的電阻，再通過電功率的變形公式P=I²R可計算小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）連接電路時，為了安全，開關需斷開；
使開關的右接線柱與滑動變阻器的D接線柱或C接線柱相連，如下圖所示：

（2）閉合開關后，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，可能是電壓表被短路，即R短路；也可能是電路發(fā)生斷路，使電壓表的正負接線柱不能與電源兩極相連，此時電路故障為R′斷路；
（3）由第2次實驗數(shù)據(jù)和I=$\frac{U}{R}$可知，定值電阻的阻值：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.5V}{0.15A}$=10Ω；
第1次實驗中通過電阻的電流：I′=$\frac{U′}{R}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A；
根據(jù)表（一）的數(shù)據(jù)，可得出的結論：電阻一定時，電流與電壓成正比；
（4）由表中實驗數(shù)據(jù)可知，在電壓一定時，電流與電阻的乘積是一個定值，即電流與電阻成反比，由此可得：保持電壓不變時，導體中的電流跟導體的電阻成反比．更換電阻，電阻阻值變化，電阻兩端電壓變化，如果不調節(jié)滑動變阻器，不能控制電阻兩端電壓不變，因此不能得出電流與電阻成反比的結論；故操作錯誤為：沒有控制電壓一定；
由串聯(lián)電路分壓規(guī)律可知，當把R由10Ω換成5Ω時，電阻兩端電壓減小，要使電阻兩端電壓不變，需減小滑動變阻器兩端電壓，即減小滑動變阻器接入電路的阻值，故將滑片向A端移動；
（5）分析實驗的原理可以得出其具體的步驟為：
①只閉合開關S₁，移動滑動變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開關S₂，保持滑動變阻器R₂的滑片位置不變，調節(jié)滑動變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁；
再將滑動變阻器R₂的滑片調到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；
③則小燈泡的電阻與變阻器R₁此時的電阻相同，即R_燈=$\frac{U}{{I}_{2}}$，
小燈泡的額定功率P_額=I₁²R_燈=I₁²•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{{I}_{1}^{2}}{{I}_{2}}$U．
故答案為：（1）斷開；（2）R短路；R′斷路；（3）0.1；電阻一定時，電流與電壓成正比；（4）沒有控制電壓一定；A；（5）I₁；移動滑動變阻器R₁的滑片；
$\frac{{I}_{1}^{2}}{{I}_{2}}$U．

點評 本題即考查了“探究通過導體的電流跟電阻的關系”，又考查了“測量小燈泡電功率”，尤其是后一個實驗中，運用了兩種不同的測量方法，要求我們對實驗的原理、注意事項、歐姆定律及電功率的變形公式等有一個全面的了解和掌握，考查內容多，有一定難度．