Question

4．在“探究電流做功與電壓、電流的關(guān)系”的活動中，同學們設(shè)計了如圖甲、乙、丙三個電路．

（1）同學們經(jīng)過討論，認為不應該選擇圖甲電路，原因是不能控制變量．
（2）為研究電功率與電壓的關(guān)系，應該選擇圖丙所示的電路．
（3）實驗中同學們是通過比較燈泡的亮度來比較電功率的大小的，因為電功率越大的燈泡，即單位時間消耗的電能越多，所以單位時間得到的功就越多，燈泡越亮．
（4）實驗中，同學們使用的是可調(diào)電源，選擇的燈泡是“12V  6W”的燈泡L₁和（6V  4W）燈泡L₂ 那么為了保護電路元件，乙圖中電源電壓不能超過6V，丙圖中增大電源電壓足夠后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，則L₁燈泡首先正常發(fā)光，此時另一個燈泡兩端的電壓是4.5V．

Answer 1

分析 （1）電流做功的大小與電壓、電流和通電時間三個因素有關(guān)，當研究與其中某一個因素的關(guān)系時，應控制其余的因素不變；
（2）研究電功率與電壓的關(guān)系，應控制電流的大小，通過比較電壓的大小，得出電功率與電壓的關(guān)系；
（3）燈的亮度取決于燈的實際功率，單位時間里電流做的功越多，電功率越大；
（4）乙圖中兩燈泡并聯(lián)，它們兩端的電壓相等，為了保護電路元件電源的電壓為兩燈泡額定電壓中較小的；丙圖中兩燈泡串聯(lián)，通過它們的電流相等，根據(jù)P=UI求出兩燈泡的額定電流，額定電流較小的先正常發(fā)光，根據(jù)歐姆定律求出不能正常發(fā)光燈泡的電阻，再根據(jù)歐姆定律求出不能發(fā)光燈泡兩端的電壓．

解答 解：（1）甲電路中，滑動變阻器滑片移動時，燈泡兩端的電壓和電流都在變化，無法控制電流或者電壓不變，
因此無法利用控制變量法探究電流做功與電壓、電流的關(guān)系；
（2）研究電功率與電壓的關(guān)系，就應該控制電路中的電流不變，通過比較電壓，得出電功率與電壓的關(guān)系，
圖丙中兩只燈泡串聯(lián)，控制了電流相同，
（3）由P=$\frac{W}{t}$可得，單位時間消耗的電能越多，電功率大，單位時間得到的功就越多，從而燈泡越亮；
（4）乙圖中兩燈泡并聯(lián)，
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，為了保護電路元件，電源的電壓為6V；
丙圖中兩燈泡串聯(lián)，
由P=UI可得，兩燈泡的額定電流分別為：
I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}$=$\frac{6W}{12V}$=0.5A，I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}$=$\frac{4W}{6V}$=$\frac{2}{3}$A，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，調(diào)節(jié)滑動變阻器，L₁燈泡首先正常發(fā)光，
由I=$\frac{U}{R}$可得，L₂燈泡的電阻：
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{6V}{\frac{2}{3}Ω}$=9Ω，
L₁燈泡正常發(fā)光時L₂兩端的電壓：
U₁′=I₁R₂=0.5A×9Ω=4.5V．
故答案為：
（1）不能控制變量；
（2）丙；
（3）電能；功；
（4）6；L₁；4.5．

點評 本題是一道實驗探究題，側(cè)重考查了控制變量法與轉(zhuǎn)換法的具體應用，知道根據(jù)燈泡的亮度比較相同時間內(nèi)電流做功的多少是關(guān)鍵．