Question

6．小華和小軍同學用電池組（電壓為6V）、電壓表、電流表和滑動變阻器等實驗器材，測量小燈泡的電功率時．

（1）如圖1所示是小華連接的實物圖，請你用筆畫線代替導線幫他們完成電路的連接．要求滑動變阻器滑片P向B端滑動時，小燈泡亮度逐漸變亮．
（2）另一小組的同學在連接完電路閉合開關時，發(fā)現(xiàn)電壓表的指針快速偏轉到左邊無刻度處，這是由于電壓表正負接線柱接反．
（3）在實驗過程中，曾出現(xiàn)即使將滑動變阻器調至電阻最小的位置，燈泡微弱發(fā)光，兩表示數(shù)很小的現(xiàn)象，小華檢查時碰了一下燈座上的接線柱，突然燈泡變亮了，兩表示數(shù)也變大了．小軍認為這是接觸不良造成的，為什么接觸不良就會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？小華分析，接觸不良的地方電阻變大，導致電路中的電流變小，從而出現(xiàn)上述實驗現(xiàn)象．實際家庭電路中發(fā)生接觸不良是很危險的，根據焦耳定律，會造成局部過熱，引發(fā)火災，應盡量避免．
（4）燈泡的功率測量完畢，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻更換電路中的燈泡，探究“電流跟電阻”的關系，得到如圖2所示的電流I隨電阻R變化的圖象，由圖象可得出結論：在電壓不變的情況下，通過導體的電流與電阻成反比．
（5）實驗中可供選擇的滑動變阻器有R₁“20Ω 0.5A”、R₂“50Ω 0.3A”與R₃“40Ω 0.5A”三種規(guī)格，分析圖象可知小明選用的是滑動變阻器R₃（選填“R₁”或“R₂”或“R₃”）．
（6）若某次實驗中滑動變阻器連入的阻值為21Ω，則所選定值電阻的阻值為15Ω．

Answer 1

分析 （1）電壓表應與燈泡并聯(lián)，根據電源判斷電壓表選擇的量程；
滑動變阻器要接一上一下，根據滑動變阻器滑片P向端滑動時，小燈泡亮度逐漸變亮判斷出所接下面的接線柱；
（2）電流表的正負接線柱接法要正確，否則指針反向偏轉；
（3）通過燈泡的亮暗現(xiàn)象判斷接觸不良的電阻變化；根據焦耳定律作答；
（4）由圖中數(shù)據，比較不同的定值電阻對應的電流與電阻之積的大小關系得出結論；
（5）當接入25歐姆的電阻時，對應的電流為0.1A，根據串聯(lián)電路電壓的特點，求出此時變阻器分得的電壓，由歐姆定律求出變阻器的最小阻值，再結合變阻器允許通過的最大電流確定變阻器的規(guī)格；
（6）變阻器分得的電壓為3.5V，根據歐姆定律先求出通過變阻器的電流，再求出定值電阻的大小即可．

解答 解：（1）電壓表與燈泡并聯(lián)，電源由2節(jié)干電池組成，所以總電壓為3V，電壓表應選擇0～3V的量程；
滑動變阻器滑片P向B端滑動時，小燈泡亮度逐漸變亮，電阻變小，所以下面應接右邊的B接線柱，如下圖所示：

（2）電流表的指針反轉，說明電壓表正負接線柱接反；
（3）碰了一下燈座上的接線柱，突然燈泡變亮了，說明現(xiàn)在的電流增大了，則原來接觸不良的地方電阻值變大，導致實際電流減��；實際家庭電路中發(fā)生接觸不良，根據Q=I²Rt，電流相同，電阻越大，在相同時間內產生的熱量多，會造成局部過熱，從而引發(fā)火災，應盡量避免；
（4）由圖2可知，當定值電阻分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω，電阻與對應的電流大小和乘積為一定值，即
U=IR=2.5V，所以得出的結論是：在電壓不變的情況下，通過電阻的電流與導體的電阻成反比；
（5）由圖中數(shù)據知，當定值電阻為5Ω時，對應的電流大小為0.5A＞0.3A；因電壓表示數(shù)保持2.5V不變，所以變阻器應分去的電壓為U′=6V-2.5V=3.5V，當定值電阻大小為25Ω時，對應的電流最小，大小為I′=0.1A（變阻器連入電路中的阻值最大），所以變阻器的阻值至少為R_滑=$\frac{{U}^{′}}{{I}^{′}}=\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω，考慮變阻器的最大阻值及允許通過的最大電流，應選用R₃“40Ω 0.5A”規(guī)格的變阻器；
（6）若某次實驗中滑動變阻器連入的阻值為21Ω，則通過其的電流I2=$\frac{{U}^{′}}{{R}_{2}}=\frac{3.5V}{21Ω}$=$\frac{1}{6}$A，此時定值電阻的大小
R_定=$\frac{U}{{I}^{′}}=\frac{2.5V}{\frac{1}{6}A}$=15Ω，所選定值電阻的阻值為15Ω；
故答案為：（1）電路連接如上圖所示：
（2）正負接線柱接反；
（3）電阻；過熱；
（4）在電壓不變的情況下，通過電阻的電流與導體的電阻成反比；
（5）R₃；
（6）15．

點評 本題測量小燈泡的電功率，考查電路的連接、歐姆定律、焦耳定律的應用、器材的選擇和從圖象中獲取有效信息及歸納總結的能力，綜合性較強，有一定難度．