Question

16．下面是小明和小華等同學(xué)進(jìn)行的電學(xué)實(shí)驗(yàn)：

（1）小明為了探究通過導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系，設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路．
①小明看到了鄰組同學(xué)在閉合開關(guān)后，電流表的指針偏向“0”刻度線的左側(cè)，原因是電流表正負(fù)接線柱接反了；
②如果小明連接電路時(shí)接入的電阻為5Ω，控制電阻兩端的電壓為2V，那么將5Ω的電阻換成10Ω的電阻時(shí)，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向右端調(diào)節(jié)，使電壓表示數(shù)為2V；把10Ω的電阻換成20Ω的電阻，無論怎樣調(diào)節(jié)滑片都無法使電壓表示數(shù)調(diào)到控制值，說明她選擇的滑動(dòng)變阻器最大阻值太小；
③更換器材后，重新實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)記錄在表格中，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出：當(dāng)電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．

電壓U/V	2
電阻R/Ω	5	10	20
電流I/A	0.4	0.2	0.1

（2）小明將電阻換成標(biāo)有“2.5V”字樣的小燈泡，測(cè)量其不同電壓下的電功率．
①正確連接電路，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，電流表指針幾乎不動(dòng)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是小燈泡斷路；
②通過分析I-U圖象，發(fā)現(xiàn)小燈泡的電阻隨電壓升高逐漸變大，其原因是燈絲電阻隨溫度升高而增大．
（3）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明又重新設(shè)計(jì)了電路（如圖2丙），測(cè)量另一個(gè)小燈泡的額定功率，
這個(gè)小燈泡正常工作的電流為I₁．請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)步驟（已知電源電壓為U）．
①只閉合開關(guān)S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開關(guān)S₂，保持滑動(dòng)變阻器R₂的滑片位置不變，調(diào)節(jié)R₁使電流表示數(shù)為I₁；再將滑動(dòng)變阻器R₂的滑片調(diào)到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；此時(shí)R₁接入電路的電阻為$\frac{U}{{I}_{2}}$（用物理量的符號(hào)表示）．
③則小燈泡的額定功率表達(dá)式為P_額=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．（用物理量的符號(hào)表示）

Answer 1

分析 （1）①當(dāng)電流表的正負(fù)接線柱接反時(shí)，會(huì)出現(xiàn)指針反偏的現(xiàn)象；
②在探究電流與電阻關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電壓的大小不變，所以當(dāng)換成較大電阻時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整滑片，使電壓表示數(shù)仍為2V；
變阻器在電路中起分壓作用，當(dāng)定值電阻換成20Ω后，變阻器必須繼續(xù)調(diào)大，才能確保定值電阻兩端的電壓仍為2V，如果變阻器最大阻值太小，則無法達(dá)到調(diào)整的目的．
③當(dāng)電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
（2）①根據(jù)燈泡的發(fā)光情況和電壓表、電流表的示數(shù)，可判斷電路故障是斷路或短路；
②燈絲的電阻是變化的，會(huì)隨溫度的升高而增大．
（3）搞清實(shí)驗(yàn)的原理是利用替代法，測(cè)出燈泡的電阻，再通過電功率的變形公式P=I²R可計(jì)算小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）①閉合開關(guān)后，電流表的指針偏向“0”刻度線的左側(cè)，原因是電流表正負(fù)接線柱接反了；
②在探究電流與電阻關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電壓的大小不變，所以當(dāng)電阻從5Ω換成10Ω時(shí)，電阻變大，分壓變大，應(yīng)向右調(diào)整滑片，使電壓表示數(shù)仍為2V；
滑動(dòng)變阻器在電路中起分壓作用，當(dāng)定值電阻換成20Ω后，變阻器必須繼續(xù)調(diào)大，才能確保定值電阻兩端的電壓仍為2V，如果無論怎樣調(diào)節(jié)滑片都無法使電壓表示數(shù)調(diào)到控制值，說明她選擇的滑動(dòng)變阻器最大阻值太小了；
③由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
（2）①閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表指針幾乎不動(dòng)，說明為斷路，電壓表有示數(shù)，說明電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦妨�，因此產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是燈泡斷路；
②過分析I-U圖象，發(fā)現(xiàn)小燈泡的電阻隨電壓升高逐漸變大，其原因是燈絲電阻受溫度影響，溫度越高，燈絲電阻越大．
（3）分析實(shí)驗(yàn)的原理可以得出其具體的步驟為：
①只閉合開關(guān)S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開關(guān)S₂，保持滑動(dòng)變阻器R₂的滑片位置不變，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁；
再將滑動(dòng)變阻器R₂的滑片調(diào)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(shí)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•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
故答案為：（1）①正負(fù)接線柱接反了；②右；2；最大阻值太�。虎鄯�；（2）①小燈泡斷路；②燈絲電阻隨溫度升高而增大；（3）②$\frac{U}{{I}_{2}}$；③$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題即考查了“探究通過導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系”，要求我們對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、注意事項(xiàng)、歐姆定律的變形公式等有一個(gè)全面的了解和掌握，考查內(nèi)容多，有一定難度．