Question

11．在“探究電流跟電阻的關(guān)系”實驗中，已知電源電壓為4.5V且保持不變，滑動變阻器（40Ω 1A）、以及符合實驗要求的電表、開關(guān)和導(dǎo)線．如圖（甲）是沒有連接完整的電路．

（1）請將圖甲所示的實物電路連接完整，要求滑片向右移動，電流表示數(shù)變大．
（2）小亮同學(xué)錯把電壓表關(guān)聯(lián)在滑動變阻器兩端，連好電路后閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)變大時，電壓表的示數(shù)變大（選填“變小”“變大”或“不變”）．
（3）小亮同學(xué)排除故障后閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P，同時，眼睛應(yīng)注視A．
A．電壓表示數(shù)          B．電流表示數(shù)          C．滑動變阻器滑片
（4）該實驗中滑動變阻器除了保護電路外，還有控制定值電阻兩端電壓不變的作用．
（5）實驗中小亮多次改變R的阻值，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)保持不變，記下電流表的示數(shù)，得到如圖乙所示的電流I隨電阻R變化的圖象．由圖象可以得出結(jié)論：當(dāng)電壓一定時，導(dǎo)體中電流與電阻成反比．
（6）第（5）問中，小亮多次改變R的阻值，并記錄各次電流表的示數(shù)，為了能夠完成實驗，更換的電阻阻值不能夠大于50Ω．
（7）另一組的小明同學(xué)探究電流跟電壓的關(guān)系，連接好電路的最后一根導(dǎo)線時，電流表和電壓表指針馬上發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致上述現(xiàn)象的不規(guī)范操作是連接電路前開關(guān)沒有斷開．
（8）小明找出原因后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，測出通過電阻R的電流和對應(yīng)的電壓值，如表所示，分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)表格中電流值與電壓值不成正比，檢查兩電表均無故障，你認為可能的原因是電流表沒有校零；

U/V	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
I/A	0.14	0.24	0.34	0.44	0.54	0.64

（9）該電路還可以測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻，現(xiàn)將圖甲中的電阻R換成一個正常工作電壓為3.8V的小燈泡（電阻約為20Ω），若要測出該小燈泡正常發(fā)光時的電阻，則原實驗電路中只需改動電壓表量程，其他不變；當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5V時，滑動變阻器的滑片應(yīng)該向右滑動，以測出正常發(fā)光時的電阻．當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V時，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡正常發(fā)光的時的電阻為19Ω．

Answer 1

分析 （1）將電源和滑動變阻器串聯(lián)在電路中，滑動變阻器要接一上一下；電壓表與電阻并聯(lián)；
（2）可根據(jù)歐姆定律以及串聯(lián)電路電壓特點分析電壓表示數(shù)變化情況；
（3）探究電流與電阻的關(guān)系時，需保持電阻兩端電壓不變；
（4）滑動變阻器的作用有：保護電路、改變電路中的電流、改變電阻兩端電壓、多次測量；
（5）分析乙圖中的圖象，判斷電流和電阻的關(guān)系即可；
（6）根據(jù)圖乙，利用U=IR可知電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電阻與電壓的關(guān)系，即可結(jié)合滑動變阻器的最大阻值解答；
（7）連接電路時，開關(guān)未斷開，連接完最后一根導(dǎo)線，電路會連通，燒壞元件；
（8）檢查兩電表均無故障，說明測量過程正確；分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，表格中電流值都減掉0.04A時，電流值與電壓值成正比；
（9）根據(jù)電壓表的量程以及燈泡的額定電壓進行判斷；根據(jù)串聯(lián)電路起分壓作用進行判斷；根據(jù)燈泡的額定電壓和阻值確定電流表的量程，然后歐姆定律的變形公式求出燈泡的阻值．

解答 解：（1）將電源和滑動變阻器串聯(lián)在電路中，滑動變阻器要接一上一下；電壓表與電阻并聯(lián)，具體連接見下圖；

（2）移動滑動變阻器滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)變大時說明滑動變阻器阻值變小，分擔(dān)電壓也就減少，在電源電壓不變的情況下，依據(jù)串聯(lián)電路電壓特點可知：滑動變阻器電壓減少，定值電阻電壓變大；
（3）探究電流與電阻的關(guān)系時，需保持電阻兩端電壓不變，因此閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P，同時，眼睛應(yīng)注視電壓表的示數(shù)；
（4）探究電流與電阻的關(guān)系，需保持電阻兩端電壓不變，因此滑動變阻器除了保護電路外，還有改變電路中的電流，使R兩端的電壓不變，以多次實驗得規(guī)律的作用；
（5）分析乙圖中的電流和電阻的關(guān)系可看出：電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與它的電阻成反比；
（6）在探究電流跟電阻的關(guān)系的實驗中，保持電壓表示數(shù)始終為如圖（乙）所示，即保持電阻兩端的電壓為2V不變，
則根據(jù)串聯(lián)電路的電流相同的特點得：
I_定值=I_滑動，即：$\frac{{U}_{定值}}{{R}_{定值}}$=$\frac{U-{U}_{定值}}{{R}_{滑}}$=$\frac{2.5V}{{R}_{定值}}$=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$
所以：R_定值=$\frac{5}{4}$R_滑
因為：R_滑≤40Ω，所以：R_定值=$\frac{5}{4}$R_滑≤$\frac{5}{4}$×40Ω=50Ω
（7）連接完最后一根導(dǎo)線，燈泡立發(fā)出微弱的光亮，說明連接電路時，開關(guān)處于閉合狀態(tài)；
（8）分析表格中數(shù)據(jù)可知：電流值都去掉0.04A時，電流值與電壓值成正比，所以可能的原因是電流表使用前沒有校零；
（9）根據(jù)題意可知，電壓表量程為0～3V；當(dāng)測量額定電壓為3.8V燈泡正常發(fā)光時的電阻時，需改用0～15V的量程；
當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5V時，需增大電壓表的示數(shù)，減小滑動變阻器兩端的電壓，因此需減小滑動變阻器接入電路的阻值，故將滑片向右移動；
燈泡正常發(fā)光時的電流大約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{20Ω}$=0.19A；因此電流表選擇0～0.6A的量程，則根據(jù)丙可知，燈泡正常發(fā)光時的電流為0.2A，
因為：I=$\frac{U}{R}$
所以：燈泡正常發(fā)光電阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.8V}{0.2A}$=19Ω
故答案為：（1）見上圖；
（2）變大；
（3）A；
（4）改變電路中的電流，使R兩端的電壓不變，以多次實驗得規(guī)律；
（5）電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與它的電阻成反比；
（6）50；
（7）連接電路前開關(guān)沒有斷開；
（8）電流表沒有校零；
（9）電壓表的量程；右；19．

點評 這一電學(xué)實驗中最復(fù)雜的題目，涉及到實物圖連接、電路故障、歐姆定律運算等，是一道難題．