Question

6．小亮做“探究電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，連接的電路如圖甲所示，電源為可調(diào)節(jié)電壓的一電源，可用的定值電阻有5Ω、10Ω、30Ω，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“60Ω1A”．

（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，把圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路補(bǔ)充完整，并且使滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大．
（2）小亮想控制電壓表的示數(shù)為2V不變，則電源電壓選取的范圍是2V-6V．
（3）他將某個(gè)定值電阻接入電路后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)而電壓表無(wú)示數(shù)，則電路中的故障可能是R短路（選填“電阻”或“電壓表”）斷路；排除故障后閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要 求時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙所示，他所用的定值電阻為5Ω．
（4）保持電源電壓不變，他將原來(lái)的定值電阻換成10Ω的定值電阻后，閉合開(kāi)關(guān)，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向右（選填“左”或“右”）移動(dòng)，才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求．
（5）正確完成五次實(shí)驗(yàn)后，小亮能得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比．
（6）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小亮又設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，來(lái)測(cè)量一個(gè)小燈泡的額定功率．已知小燈泡的額定電流為0.2A，電源電壓為6V保持不變，滑動(dòng)變阻器A最大阻值為50Ω，請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)步聚：
（1）閉合開(kāi)關(guān)S、S₁，斷開(kāi)S₂，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器A的滑片，使電流的示數(shù)為0.2A，此時(shí)小燈泡正常發(fā)光；
（2）閉合開(kāi)關(guān)S、S₂斷開(kāi)S₁，保持滑動(dòng)變阻器A的滑片位置不變，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器B的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A，此時(shí)燈泡時(shí)的電阻就等于滑動(dòng)變阻器B（選“A”或“B”）接入電路的電阻；
（3）再保持滑動(dòng)變阻器B的滑片位置不變，將滑動(dòng)變阻器A的滑片移到最右（選填“左”或“右”端），此時(shí)電流表的示數(shù)為0.1A；則小燈泡的額定電功率為0.4 W．

Answer 1

分析 （1）電壓表并聯(lián)到電阻的兩端，滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路中；
（2）當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最小且定值電阻的阻值最大時(shí)電阻兩端的電壓最小，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，從而求出電源電壓；
（3）常見(jiàn)電路故障有斷路與短路，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因；根據(jù)歐姆定律求出電阻值；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路分壓的規(guī)律可知用5Ω的電阻替換10Ω的電阻后電阻兩端電壓的變化情況，再根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律判斷滑動(dòng)變阻器兩端電壓的變化，進(jìn)一步確定滑片移動(dòng)的方向；
（5）電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比；
（6）通過(guò)燈泡的電流為0.2A時(shí)，燈泡會(huì)正常發(fā)光；電路圖中采用滑動(dòng)變阻器B與燈泡并聯(lián)，利用的是替代法，根據(jù)電流表的示數(shù)和電源電壓求出滑動(dòng)變阻器B的電阻，從而根據(jù)電功率的表達(dá)式求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）電壓表并聯(lián)到電阻的兩端，滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路中，滑動(dòng)變阻器采用一上一下的接法，如圖所示：
；
（2）不同電阻兩端電壓控制為2V，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最小且定值電阻的阻值最大時(shí)，電阻兩端的電壓最小：
由串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)可得R：R_滑=U_R：U_滑，帶入數(shù)據(jù)得：30Ω：60Ω=2V：U_滑，解得：U_滑=4V，故電源的最大電壓為：U=2V+4V=6V；
（3）閉合開(kāi)關(guān)S，電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路；電壓表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電壓表斷路或與電壓表并聯(lián)的R短路；
電流表的示數(shù)為0.4A，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$得，定值電阻的阻值為：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω；
（4）用5Ω的電阻替換10Ω的電阻后，由于串聯(lián)電路起分壓作用，因此定值電阻兩端電壓變大，即電壓表的示數(shù)變大，要保持電壓表示數(shù)不變，需增大滑動(dòng)變阻器兩端電壓，由串聯(lián)電路分壓規(guī)律可知，需增大滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，故將滑片向右端移動(dòng)；
（5）電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比；
（6）①閉合開(kāi)關(guān)S、S₁，斷開(kāi)S₂，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器A的滑片，使電流的示數(shù)為0.2A，此時(shí)小燈泡正常發(fā)光；
②閉合開(kāi)關(guān)S、S₂斷開(kāi)S₁，保持滑動(dòng)變阻器A的滑片位置不變，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器B的滑片，使電流表的示數(shù)為0.2A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器B相當(dāng)于小燈泡，則燈泡的電阻就等于滑動(dòng)變阻器B接入電路的電阻；
③再保持滑動(dòng)變阻器B的滑片位置不變，將滑動(dòng)變阻器A的滑片，使電流表的示數(shù)為0.1A，故應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器A的電阻，故滑片移到最右端；
由I=$\frac{U}{R}$得此時(shí)電路中的總電阻為R'=$\frac{U}{I'}$=$\frac{6V}{0.1A}$=60Ω；滑動(dòng)變阻器A的最大阻值為50Ω，則滑動(dòng)變阻器B的電阻即小燈泡的電阻為：R_B=R_L=R'-R_A=60Ω-50Ω=10Ω；
燈泡的額定功率為：P=I²R_L=（0.2A）²×10Ω=0.4W．
故答案為：（1）如圖；（2）6；（3）R短路；5；（4）右；（5）反比；（6）②移動(dòng)滑動(dòng)變阻器B的滑片；B；③右；0.4．

點(diǎn)評(píng) 本題是探究電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，考查了控制變量法的應(yīng)用，電流與電阻的關(guān)系及歐姆定律在串聯(lián)電路中的應(yīng)用．