Question

2．小科從資料上獲悉，滑動(dòng)變阻器與定值電阻串聯(lián)時(shí)，當(dāng)滑動(dòng)變阻接入電路的電阻等于定值電阻時(shí)，其消耗的電功率最大．小科設(shè)計(jì)了如圖所示的電路圖來(lái)探究這一結(jié)果．
（1）小科選用的定值電阻R₀的阻值為20Ω，你認(rèn)為小科應(yīng)選擇的滑動(dòng)阻器規(guī)格為C．
A．標(biāo)有“1A10Ω”字樣的滑動(dòng)變阻器R₁
B．標(biāo)有“2A20Ω”字樣的滑動(dòng)變阻器R₁
C．標(biāo)有“2A40Ω”字樣的滑動(dòng)變阻器R₁
（2）如表是小科同學(xué)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5
電壓表求數(shù)/V	4	3	2	1	0
電流表示數(shù)/A	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3

小科的實(shí)驗(yàn)是否能驗(yàn)證這一結(jié)果？不能；說(shuō)明的你的判斷理由：小科的結(jié)論僅僅是從幾組特殊值判斷得到的，不具有普遍性．．
（3）小明同學(xué)利用相同的器材卻獲得與小科不一樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（如表）．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5
電壓表求數(shù)/V	6	6	2	1	0
電流表示數(shù)/A	0	0	0.2	0.25	0.3

你認(rèn)為出現(xiàn)這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可能原因是小明使用的滑動(dòng)變阻器電阻絲存在斷路現(xiàn)象．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模�選擇的滑動(dòng)阻器的阻值應(yīng)大于R₁的阻值；
（2）僅根據(jù)幾次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)不能得出具有普遍性的結(jié)論；
（3）由（2）表格中的數(shù)據(jù)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出電源電壓；對(duì)比兩表中數(shù)據(jù)不同之處，根據(jù)（3）表格中的1、2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷電路的狀態(tài)；從而確定出現(xiàn)這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可能原因．

解答 解：（1）小科的目的是探究“滑動(dòng)變阻器與定值電阻串聯(lián)時(shí)，當(dāng)滑動(dòng)變阻接入電路的電阻等于定值電阻時(shí)，其消耗的電功率最大”，故選擇的滑動(dòng)變阻器的最大阻值應(yīng)大于R₁的值，所以，應(yīng)選用標(biāo)有“2A40Ω”字樣的滑動(dòng)變阻器R₁，答案選C；
（2）由歐姆定律R=$\frac{U}{I}$可得5次實(shí)驗(yàn)，變阻器連入電路中的電阻大小分別為 40Ω、20Ω（與R₀的阻值相等）、10Ω、4Ω、0；根據(jù)P=UI可得，5次實(shí)驗(yàn)的電功率分別為0.4W、0.45W、0.4W、0.25W、0，所以由上數(shù)據(jù)得出：當(dāng)變阻器連入電路中電阻等于R₀=20Ω，對(duì)應(yīng)的電功率最大，僅僅根據(jù)幾個(gè)特殊值求出的滑動(dòng)變阻器功率，就得出滑動(dòng)變阻器與定值電阻串聯(lián)時(shí)，當(dāng)滑動(dòng)變阻接入電路的電阻等于定值電阻時(shí)，其消耗的電功率最大是不科學(xué)的；
（3）由圖結(jié)合（2）中第1次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表示數(shù)為4V時(shí)，電流表的示數(shù)為0.1A，根據(jù)歐姆定律，定值電阻的電壓U₀=IR₀=0.1A×20Ω=2V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，電源電壓U_電源=4V+2V=6V；
根據(jù)（3）中1、2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，電壓表示數(shù)為電源電壓，可知，此時(shí)電壓表與電源的兩極連通了，這里存在2種可能：一是變阻器斷路了，而導(dǎo)致電壓表串聯(lián)在電路中；二是定值電阻被短路了，但因電流表示數(shù)為0，所以只有第一種情況存在；
第3、4、5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和（2）表中的數(shù)據(jù)是相同的，說(shuō)明此時(shí)電路是連通的，當(dāng)變阻器連入電路中的電阻為0時(shí)，電壓表示數(shù)為0，電路中的電流為最大I_最大=$\frac{U}{{R}_{0}}=\frac{6V}{20Ω}$=0.3A．
對(duì)比（3）、（2）表中數(shù)據(jù)的相同處，可知變阻器連入電路中的電阻從0-10Ω處肯定是通路，對(duì)比不同的數(shù)據(jù)可知：電阻絲在10Ω-40Ω處有斷路現(xiàn)象．
故答案為：（1）C；
（2）不能；小科的實(shí)驗(yàn)結(jié)論僅僅是從幾組特殊值判斷得到的，不具有普遍性；
（3）小明使用的滑動(dòng)變阻器電阻絲存在斷路現(xiàn)象．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估能力和通過(guò)對(duì)比兩次實(shí)驗(yàn)，由不同的數(shù)據(jù)判斷電路的狀態(tài)及原因，綜合性強(qiáng)，難度大，對(duì)能力要求高．