Question

8．小軍用如圖所示的電路探究“通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”

（1）小軍連接的電路有一處錯(cuò)誤，請(qǐng)只改動(dòng)一根導(dǎo)線，使電路連接正確（在應(yīng)改動(dòng)的導(dǎo)線上打“×”，用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線畫(huà)出正確的接法）．
（2）小軍改正錯(cuò)誤后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表無(wú)示數(shù)，電流表有示數(shù)，電路可能的故障是電阻R短路（或電壓表斷路）．
（3）圖乙時(shí)他解決故障后某次實(shí)驗(yàn)的電流表和電壓表示數(shù)，則小軍選擇的定值電阻是10Ω，若使電壓表的示數(shù)變大，小軍應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向右（選填“左”或“右”）移動(dòng)．
（4）小軍看到實(shí)驗(yàn)桌上有一個(gè)額定電壓為U的小燈泡，他想挑戰(zhàn)只用一只電流表測(cè)量該小燈泡的額定功率．小軍又找來(lái)一個(gè)已知阻值為定值電阻R₀和兩個(gè)開(kāi)關(guān)S₁，S₂．設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路圖，請(qǐng)補(bǔ)全小軍的實(shí)驗(yàn)步驟．
①只閉合開(kāi)關(guān)S和S₂，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片：使電流表的示數(shù)$\frac{U}{{R}_{0}}$．
②只讀閉合開(kāi)關(guān)S和S₁（選填“S₁”或“S₂”），保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，讀出此時(shí)電流表的示數(shù)為I；
③則小燈泡的額定功率的表達(dá)式為：P_額=UI-$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）圖甲中電壓表測(cè)電源電壓是錯(cuò)誤的，應(yīng)測(cè)電阻電壓；
（2）電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路，根據(jù)電壓表無(wú)示數(shù)，分析判斷電路可能的故障是；
（3）根據(jù)圖中電表選用的小量程確定分度值讀數(shù)，根據(jù)歐姆定律求電阻大��；根據(jù)分壓原理和串聯(lián)電路電壓的規(guī)律確定使電壓表示數(shù)變大滑片移動(dòng)的方向；
（4）測(cè)量該小燈泡的額定功率應(yīng)先使燈正常發(fā)光，在沒(méi)有電壓表的情況下，電流表與定值電阻應(yīng)起到電壓表的作用，故將定值電阻與電流表串聯(lián)后與燈并聯(lián)，通過(guò)移動(dòng)滑片的位置，使電流示數(shù)應(yīng)為I₀=$\frac{U}{{R}_{0}}$；
保持滑片的位置不動(dòng)，再通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電流表測(cè)燈與定值電阻的并聯(lián)的電流，因各電阻大小和電壓不變，燈仍正常發(fā)光，故通過(guò)定值電阻的電流不變，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)得出燈泡發(fā)光時(shí)的電流值，根據(jù)P=UI得出電功率的表達(dá)式．

解答 解：（1）圖甲中電壓表測(cè)電源電壓是錯(cuò)誤的，應(yīng)測(cè)電阻電壓，如下所示：

（2）小軍改止錯(cuò)誤后，閉合開(kāi)關(guān)，電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路，發(fā)現(xiàn)電壓表無(wú)示數(shù)，電路可能的故障是：電阻R短路（或電壓表斷路）；．
（3）圖乙時(shí)他解決故障后某次實(shí)驗(yàn)的電流表和電壓表示數(shù)，電壓表選用小量程，分度值為0.1V，示數(shù)為2.4V，電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.24A，由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，則小軍選擇的定值電阻是：
R=$\frac{U}{I}=\frac{2.4V}{0.24A}$=10Ω；
若使電壓表的示數(shù)變大，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減小變阻器的電壓，由分壓原理，要減小變阻器連入電路中的電阻大小，故小軍應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)；
（4）①首先只閉合S和S₂，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片：使電流表的示數(shù)為為$\frac{U}{{R}_{0}}$；
②只閉合開(kāi)關(guān)S和S₁，保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，讀出此時(shí)電流表的示數(shù)為I；
③在①中，定值電阻與燈泡并聯(lián)，燈泡正常發(fā)光時(shí)，定值電阻兩端電壓為U，所以此時(shí)電流表測(cè)量通過(guò)定值電阻的電流表示數(shù)應(yīng)為I₀=$\frac{U}{{R}_{0}}$，所以當(dāng)電流表的示數(shù)為$\frac{U}{{R}_{0}}$時(shí)燈泡正常發(fā)光；
在②中，燈與定值電阻并聯(lián)，此時(shí)電流表測(cè)量干路電流，則可知燈泡的額定電流：
I_額=I-I₀=I-$\frac{U}{{R}_{0}}$；
燈泡的額定功率：
P_額=U_額I_額=U×（I-$\frac{U}{{R}_{0}}$）=UI-$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）如上所示；（2）電阻R短路（或電壓表斷路）；（3）10；右；（4）①$\frac{U}{{R}_{0}}$；②S₁；  ③UI-$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系，考查電路的連接、故障的分析、電表讀數(shù)、電阻計(jì)算及變化電路的分析，同時(shí)也考查了在沒(méi)有電壓表的情況下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)電功率的能力，難度較大．