Question

9．實驗桌上有如下器材：穩(wěn)壓電源（6V）一個、電流表（量程0-0.6A）和電壓表（量程0-15V）各一只、開關(guān)、滑動變阻器（銘牌“50Ω1A”）、阻值為5Ω、6Ω、8Ω、12Ω、15Ω、20Ω的定值電阻（不考慮溫度對電阻的影響）各一個和導線若干．請你設(shè)計一個實驗證明：“當電壓保持不變時，電阻消耗的電功率與該電阻阻值成反比”．
要求：（1）在右側(cè)方框中畫出實驗電路圖；
（2）簡明陳述實驗步驟．

Answer 1

分析 根據(jù)控制變量法，要使通過電阻兩端的電壓保持不變，必須把定值電阻與滑動變阻器和電流表串聯(lián)起來，然后利用電壓表測出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)P=UI分析比較即可．

解答 解：（1）要使電阻兩端的電壓保持不變，必須把定值電阻與滑動變阻器和電流表串聯(lián)起來，然后利用電壓表測出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)P=UI可測得電阻消耗的功率，實驗電路圖如下：

（2）實驗設(shè)計步驟：
①如圖所示連接電路，將R₁的數(shù)據(jù)記錄在表格中．
②閉合開關(guān)，用調(diào)好的電流表測出通過R₁的電流I₁的數(shù)據(jù)，用調(diào)好的電壓表測出R₁兩端電壓U的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
③斷開開關(guān)，將定值電阻R₁換為R₂，閉合開關(guān)，調(diào)整滑動變阻器的阻值，使得定值電阻R₂兩端的電壓仍為U，讀出R₂和通過R₂的電流I的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
④仿照③再做4次，分別讀出R₃、R₄、R₅、R₆和通過R₃、R₄、R₅、R₆的電流I₃、I₄、I₅、I₆的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
⑤根據(jù)P=UI分別計算出定值電阻的功率P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆，并記錄在表格中．
或：
①如圖所示連接電路，每個定值電阻用R表示，通過R的電流用I表示，R兩端的電壓用U表示，將R的數(shù)據(jù)記錄在表格中．
②閉合開關(guān)，用調(diào)好的電流表測出I的數(shù)據(jù)，用調(diào)好的電壓表測出U的數(shù)據(jù)，并分別記錄在表格中．
③斷開開關(guān)，將定值電阻R₁換為R₂，閉合開關(guān)，調(diào)整滑動變阻器的阻值，使得定值電阻R₂兩端的電壓仍為U，讀出通過R₂的電流I的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
④仿照③再做4次，分別讀出I的數(shù)據(jù)，并記錄在表格中．
⑤每個定值電阻的電功率用P表示，根據(jù)P=UI分別計算出每個定值電阻的功率，并記錄在表格中．
實驗表格如下所示：

R/Ω
U/V
I/A
P/W

故答案為：（1）實驗電路圖如上所示；（2）實驗步驟如上所示．

點評 此題通過讓學生設(shè)計實驗驗證電壓不變時，電阻消耗的電功率與該電阻的阻值成反比的結(jié)論，考查了學生對控制變量法的應(yīng)用及電路中控制電壓不變的方法，同時考查了學生設(shè)計實驗表格的能力．