Question

5．小清同學用如圖1所示的電路探究“通過導體的電流與導體兩端電壓的關系”．
（1）小清連接的電路有一處錯誤，請只改動一根導線，使電路連接正確（在應改動的導線上打“×”，用筆畫線代替導線畫出正確的接法）；
（2）小清改正錯誤后，在開關閉合前，滑動變阻器的滑片應放在最左端．開關閉合后，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，電路可能的故障是與電壓表并聯(lián)的電阻短路．
（3）圖乙時他解決故障后某次實驗的電流表和電壓表示數(shù)，則小軍選擇的定值電阻是9.23Ω．若使電壓表的示數(shù)變大，小軍應將滑動變阻器的滑片向右（選填“左”或“右”）移動．
（4）小清看到實驗桌上有一個額定電壓為U的小燈泡，他想挑戰(zhàn)只用一只電流表測量該小燈泡的額定功率．小清又找來一個已知阻值的定值電阻R₀和兩個開關S₁，S₂，設計了如圖2所示的電路圖，請補全小清的實驗步驟．
①只閉合開關S和S₂（選填“S₁”或“S₂”），調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表的示數(shù)為$\frac{U}{{R}_{0}}$；
②只閉合開關S和S₁（選填“S₁”或“S₂”），保持滑動變阻器的滑片位置不變，讀出此時電流表的示數(shù)為I；
③則小燈泡的額定功率的表達式為：P_額=U×（I-$\frac{U}{{R}_{0}}$）（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）實驗中應將電壓表與電阻并聯(lián)；
（2）滑動變阻器的下面接了右邊的接線柱，所以在閉合開關前，將滑片移至最左端，使其阻值最大；電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表無示數(shù)，則可能與電壓表并聯(lián)的電阻短路；
（3）根據(jù)電表小量程讀數(shù)，根據(jù)歐姆定律計算出電阻值；根據(jù)串聯(lián)電路的特點和分壓原理確定滑片移動的方向；
（4）在沒有電壓表情況下，電流表和定值電阻R₀，應起到電壓表的作用，先使燈正常工作，再通過開關的轉(zhuǎn)換，在電路連接關系、各用電器電壓不變的情況下，使電流表測出燈與定值并聯(lián)的總電流，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點，求出燈的額定電流，根據(jù)P_額=U_額I_額寫出燈的額定功率的表達式．

解答 解：（1）原電路中，電壓表并聯(lián)在電源的兩端了，電壓表應與電阻并聯(lián)，如下圖所示：

（2）經(jīng)分析，電路的故障則可能是與電壓表并聯(lián)的電阻短路；
（3）由圖乙知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.26A；電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.4V；所以，定值電阻的阻值為R=$\frac{U}{I}=\frac{2.4V}{0.26A}$=9.23Ω；要使電壓表的示數(shù)變大，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點，應減小變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理應減小滑動變阻器的連入電路中的阻值，故應將滑片向右滑動；
（4）首先只閉合S和S₂，移動變阻器滑片，當電流表的示數(shù)為$\frac{U}{{R}_{0}}$時，R₀的電壓為U，因定值電阻與燈泡并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路電壓特點，燈兩端的電壓也為U，燈正常發(fā)光；保持滑片的位置不動，只閉合S和S₁，因電路的連接關系沒有改變，各用電器的電壓不變，通過定值電阻的電流大小不變?yōu)?\frac{U}{{R}_{0}}$，燈仍正常工作，
此時電流表測量干路電流，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點，燈泡的額定電流I_額=I-I₀=I-$\frac{U}{{R}_{0}}$，燈泡的額定功率：
P_額=U_額I_額=U×（I-$\frac{U}{{R}_{0}}$）；
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）與電壓表并聯(lián)的電阻短路；
（3）9.23；右；
（4）①S₂； $\frac{U}{{R}_{0}}$；②S₁；U×（I-$\frac{U}{{R}_{0}}$）；

點評 本題　涉及探究“通過導體的電流與導體兩端電壓的關系”與測燈的額定電功率兩個實驗，考查電路的連接、故障的分析、電阻的計算、動態(tài)電路的分析及在缺少電壓表的情況設計實驗方案測額定功率的能力，綜合性較強，有一定難度．