所以小溪发现换上20Ω的电阻后,移动滑片,电压表示数始终不能达到需要控制的电压值,不能完成实验。
[3]为了使四个电阻单独接入电路都能完成实验,根据I?应该适当增大控制的电压值。
[4][5]通过多次实验得到的数据以及实验现象可以得出的结论:当电压一定时,导体中电流与电阻成反比。
(3)[6]调节滑动变阻器滑片,是电压表示数为2V,读出此时电流表的示数为0.2A,由
U以及串联分压的特点可知,他RI?U可得小灯泡的电阻 RR?U2V??10Ω I0.2A[7]调节变阻器滑片,使电压表示数为3.8V时,电流表如图丙所示选择的分度值为0.02A的小量程,示数为0.3A。 [8]小灯泡的额定功率
P?ULIL?3.8V?0.3A?1.14W
[9]根据公式P额?2U额R求出小灯泡的额定功率,小溪发现两次得到的额定功率值有较大差
异,根本原因是灯的电阻随温度的变化而变化。 (4)[10][11][12]实验步骤:
①只闭合开关S和S2,调节变阻器的滑片,使电压表V2的示数为3V,此时小灯泡正常发光;
②只闭合开关S和S1,保持滑片P的位置不动,此时V1的示数为1V,V2的示数为2V; ③在①中电压表V2测灯的电压,在①中电压表V1测滑片以左电阻R左的电压由串联电压规律可得滑片以右电阻R右的电压
U右?6V?1V?2V?3V
因滑动变阻器的最大阻值为20Ω,根据串联电流规律,通过变阻器滑片以左和以右的电流相等,根据I?U有 RU右U左= R右R左即
3V1V1=? R右R左20Ω?R右解得:R右=15Ω,故在第1次操作中,由串联电路电压规律可知变阻器的电压
U滑?6V?3V?3V
电路中电流即灯的额定电流
IL??所以灯泡的额定功率
U滑3V??0.2A R右15Ω
?4.P小聪在“探究电流和电阻关系”的实验中,连接电路,额?U额IL?3V?0.2A?0.6W如图甲所示.可用的定值电阻有5Ω、10Ω、l5Ω.
(1)请你用笔划线代替导线,把图甲所示的电路补充完整,并且使滑动变阻器的滑片向右移动时连入电路中的阻值变大_____.
(2)他把5Ω的电阻连入电路后,闭合开关,发现电流表有示数,电压表无示数,电路中的故障可能是_____(写出一种即可).故障排除后,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,达到实验要求,电流表的示数如图乙所示,则电路中的电流为_____A.
(3)将5Ω的电阻换成10Ω的电阻后,闭合开关,应将滑动变阻器的滑片向_____(选填“左”或“右”)端移动,直到电压表的示数为_____V止,记录电流表的示数.
(4)完成上述实验之后,小聪想测量一个小灯泡的额定功率,已知小灯泡的额定电压为U
额
.他又找来一个阻值为R0的定值电阻,设计了电路图丙.请补全实验步骤并写出表达式
①只闭合开关S和_____(选填“S1”或“S2”),移动滑动变阻器的滑片,使电流表的示数为_____,此时小灯泡正常发光.
②只闭合开关S和_____(选填“S1”或“S2”),保持滑动变阻器滑片的位置不动,记下电流表的示数I.
③小灯泡额定功率的表达式是P额=_____.(用已知量和所测物理量符号表示)
【答案】
电阻(或电压表)短路 0.4 右 2 S2 v
(I?S1 U额【解析】 【分析】
U额R0)
【详解】
(1)要使滑片向右移动时连入电路中的阻值变大,故连接滑动变阻器的左下接线柱与电阻串联,如图:
(2)他把5Ω的电阻连入电路后,闭合开关,发现电流表有示数,说明电路为通路,电压表无示数,电路中的故障可能是电阻短路,或电压表短路;
电流表的示数如图乙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流为0.4A; (3)由欧姆定律的变形公式,电压表示数:
UV?IR?0.4A?5Ω?2V,
根据串联分压原理可知,将定值电阻由5Ω改接成10Ω的电阻,电阻增大,其分得的电压增大;探究电流与电阻的实验中应控制电压不变,应保持电阻两端的电压不变,根据串联电路电压的规律可知应增大滑动变阻器分得的电压,由分压原理,应增大滑动变阻器连入电路中的电阻,所以滑片应向右端移动,使电压表的示数为2V;
(4)①只闭合开关S和S2,移动滑动变阻器的滑片,使电流表的示数为v,此时小灯泡正常发光.
②只闭合开关S和S1,保持滑动变阻器滑片的位置不动,记下电流表的示数I. ③在①中,电流表测定值电阻的电流,根据欧姆定律的变形公式,U=IR,定值电阻的电压为
U额?R0?U额, R0根据并联电路电压的规律,灯的电压为额定电压,灯正常发光;
在②中,电流表测灯与定值电阻并联的总电流,根据并联电路电流的规律灯的额定电流为:
I额?I?可得,小灯泡额定功率的表达式是:
U额, R0
5.P额?U额I额?U额?U?U额?R0在“测量小灯泡的电功率”实验中,电源电压保持不变,
待测小灯泡的额定电压为2.5V?
(1)为了比较精确的测量小灯泡的电功率,电压表的量程应选0-____V;
(2)实验时,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,小灯泡都不亮,电压表有示数,电流表示数几乎为零,则故障可能是_____(选填“电流表与导线”或“灯泡与灯座”)接触不良; (3)排除故障后,移动滑动变阻器滑片,当电压表示数是2.5V,电流表示数如图所示,则小
灯泡的额定功率是____W;
(4)测量结束后,应先______,再拆除导线,最后整理好器材;
(5)某实验小组在处理实验数据时,采用描点法,在坐标纸上作出了如图所示的I-U图象,请指出作图过程中存在的错误或不足之处是_______;
(6)某实验小组设计了如图所示的电路(还缺一根导线连接才完整),可以测量小灯泡的额定功率,其中R为定值电阻?请写出本实验主要测量步骤及所测物理量:
①电路连接完整后,开关S2断开,S1?S3闭合,调节滑动阻器滑片,使电压表示数为U额; ②_______,开关S3断开,S1?S2闭合,记录电压表的示数U2; ③小灯泡额定功率的表达式P额=______(用R?U额?U2表示)
【答案】3 灯泡与灯座 1.25 断开开关 图线不应画成直线或横坐标的标度取值过大 保持滑动变阻器滑片位置不变 【解析】 【分析】 【详解】
(1)[1]题中待测小灯泡的额定电压为2.5V,所以电压表的量程应选0~3V。
(2)[2]实验时,小灯泡不亮,且电流表示数几乎为0,则电路中有断路现象,而电压表有示数,即电压表与电源是接通,则故障可能是灯泡与灯座接触不良。 (3)[3]由图示知,电流表的示数为0.5A,则小灯泡的电功率
P=UI=2.5V×0.5A=1.25W
(4)[4]测量结束后,应先断开开关,再拆除导线,最后整理好器材。
(5)[5]由描出的点知,所描的点不在一条直线上,所以作出的I-U图象不应是直线,且坐标轴的横坐标的标度太大了,这样造成所描的点精确度稍低。
(6)[6][7]按题意可知,电路中通过S2、S3的通断来控制电压表所测量的电压,所以所缺的导线应连接在电压表的负接线柱与开关S3的左接线柱之间,且电路是串联电路。当开关S2断开,S1、S2闭合时,电压表测小灯泡的电压,那么应调节滑片,让电压表的的示数为U额。然后保持滑片位置不变,这样才能保持小灯泡两端的电压为额定电压,断开S3,闭合S1、S2,此时电压表测小灯泡和定值电阻R的电压,则电阻R两端的电压
UR=U2-U额
U额(U2-U额)R
而整个过程中,电路的电流不变,通过小灯泡的电流
URU2?U额I1?IR??
RR则小灯泡的额定功率
6.P额=U额I额=4V×0.2A=0.8W.聪聪在实验室中找到学生电源,四个定值电阻(5Ω、10Ω、20Ω、25Ω ), “25Ω 1A\的滑动变阻器R1、最大阻值未知的滑动变阻器R2、电流表、电压表、开关及导 线若干,完成了下列电学实验. (一)探究“电流与电阻的关系”
(1)如图甲是聪聪连接的电路,还有一根导线没有接上,请你用笔画线代替导线将 电路连接完整,并保证连接这根导线后滑动变阻器的滑片位于阻值最大处; (_______)
(2)正确连接后,闭合开关,聪聪发现电流表无示数,电压表示数极大、可能是定值电阻发生了________(填“短路”或“断路” ).
(3)实验中保持电压表的示数为2V不变,为保证四个定值电阻单独接入电路都能完成实验,电源的电压值不应超过 _________ V.
(4)正确完成四次实验后,可以得出结论:电压一定时,电流与电阻成 _____________. (5)聪聪又在实验室中找到一个标有“0.3A”字样的灯泡,他想用这个灯泡探究 “电流与电压的关系”,老师告诉他不可以,原因是________________________________________. (二)测量滑动变阻器R2的最大阻值
(1)聪聪连接了如图乙所示的电路,将滑动变阻器R2的滑片调至最右端,闭合开关,适当调节R1的阻值,电流表和电压表的示数如图丙所示,电流表的示数为_________ A,R2的最大阻值为_________Ω.
(2)实验中至少需要测量三组数据,目的是 _________(填“寻找普遍规律”或“减小误差”).
(三)聪聪又找来最大阻值为30Ω的滑动变阻器R3和最大阻值为20Ω的滑动变阻器 R4,利用学生电源(电压调为12V不变),设计了如图丁所示电路,测量标有 “0.3A”字样灯泡的额定功率,清将他的实验过程补充完整: