Question

【題目】小明同學(xué)用如圖甲所示的電路探究“電流與電壓和電阻的關(guān)系”，電源電壓恒為15V，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格是“50Ω 1A”，滿足測(cè)量需求的電流表、電壓表各1個(gè)，定值電阻4個(gè)。

(1)小明先探究電阻一定時(shí)，電流與電壓的關(guān)系，將10Ω的定值電阻接入電路，閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，測(cè)出電阻兩端的電壓及對(duì)應(yīng)的電流值，記錄在表1中。

表1

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4
U/V	3.0	4.0	5.0	6.0
I/A	0.30	0.40		0.60

①第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)電流表的讀數(shù)如圖乙所示，則此時(shí)流經(jīng)電阻的電流為________A；

②分析數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：在電阻一定的情況下，通過(guò)導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體兩端的電壓成___；

(2)小明再探究電壓一定時(shí)，電流與電阻的關(guān)系。

①他將10Ω的定值電阻接入電路，閉合開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)滑片P到適當(dāng)位置，讀出電流表示數(shù)記入表中；

②斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，用20Ω的電阻替換10Ω的電阻，閉合開(kāi)關(guān)S，移動(dòng)滑片P使滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值________（選填“增大”或“減小”），他這樣操作的目的是________________；

③表2是小明提交的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，老師指出有一組數(shù)據(jù)不符合實(shí)際，是第______次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)；

表2

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4
/Ω	10	20	30	40
/A	0.60	0.30	0.20	0.15

④若不改變電路，不更換實(shí)驗(yàn)器材，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小明為了能夠利用上述4個(gè)定值電阻，順利得到4組I、R數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)，所保持不變的電壓應(yīng)控制在6.67V至_________V之間；

(3)小華利用小明的實(shí)驗(yàn)器材，只增加了一個(gè)阻值為10Ω的定值電阻R1、電阻箱R2，來(lái)測(cè)量小燈泡的額定功率（額定電壓為2.5V）。圖丙、丁是她設(shè)計(jì)的兩種不同方案的電路圖，則以下判斷正確的是（________）

A．兩種方案都可行 B．兩種方案都不可行

C．丙方案可行，丁方案不可行 D．丙方案不可行，丁方案可行

Answer 1

【答案】0.5 正比 增大 控制電阻兩端電壓保持不變 4 10 A

【解析】

(1)①[1]第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)電流表的讀數(shù)如圖乙所示，為0.5A。

②[2]由表中數(shù)據(jù)知，電壓與電流之比為10Ω，是一定值，而且電流隨著電壓的增大而增大，可以得出結(jié)論：在電阻一定的情況下，通過(guò)導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體兩端的電壓成正比。

(2)②[3][4]根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知，將定值電阻10Ω改接成20Ω的電阻，電阻增大，其分得的電壓增大。探究電流與電阻的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制電壓不變，應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變。根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可知應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器分得的電壓，移動(dòng)滑片P使滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值增大，他這樣操作的目的是控制電阻兩端電壓保持不變。

③[5]變阻器最大電阻為50Ω，串聯(lián)時(shí)電路的最大電阻

R串聯(lián)=50Ω+40Ω=90Ω

由歐姆定律知，電路的最小電流

I==≈0．17A>0.15A

故第4次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)不符合實(shí)際。

④[6]滑動(dòng)變阻器的規(guī)格是“50Ω1A”，表示變阻器允許的最大電流為1A。因電流表選用大量程0~3A，根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律，電路中允許通過(guò)的最大電流為1A。由R=得，此時(shí)電路中的總電阻最小，所對(duì)應(yīng)的定值電阻為最小電阻R=10Ω，此時(shí)變阻器連入電路中電阻最小，分得的電壓最小，故電壓表的最大示數(shù)

綜上所述，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小明為了能夠利用上述4個(gè)定值電阻，順利得到4組數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)，所保持不變的電壓的取值范圍應(yīng)滿足6.67~10V。

(3)[7]丙方案中，R1、小燈泡、滑動(dòng)變阻器三者串聯(lián)，S接1時(shí)，電壓表測(cè)小燈泡的電壓；S接2時(shí)，測(cè)的是燈和定值電阻的總電壓�？梢酝ㄟ^(guò)電壓表的示數(shù)確定小燈泡是否正常發(fā)光，且可以通過(guò)串聯(lián)電路的特點(diǎn)求出R1的電壓，已知R1的阻值，由歐姆定律可求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，故丙方案能測(cè)出小燈泡的額定功率。丁方案中，根據(jù)“小華利用小明的實(shí)驗(yàn)器材”可知電源電壓為3V，圖中電壓表測(cè)變阻器兩端的電壓，當(dāng)電壓表示數(shù)

時(shí)，燈泡正常發(fā)光。可通過(guò)調(diào)節(jié)電阻箱的阻值使得開(kāi)關(guān)接2時(shí)，電壓表示數(shù)仍為0.5V，則燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻等于電阻箱的阻值（等效法），根據(jù)P=可以測(cè)出小燈泡的額定功率。所以，丙、丁方案都能測(cè)出小燈泡的額定功率。

故選A。