在“探究導體的電流跟電阻的關係”實驗中,老師提供的器材有:電源(電壓恆為3V),電流表、電壓表和開關各一個,五...
問題詳情:
在“探究導體的電流跟電阻的關係”實驗中,老師提供的器材有:電源(電壓恆為3V),電流表、電壓表和開關各一個,五個定值電阻(5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω,50Ω),滑動變阻器(規格是“20Ω,2A”),導線若干。
(1)圖*是小明連線的實物電路,圖中有一根導線連線錯誤,請你在連線錯誤的導線上打“×”並補畫出正確的連線。
(____)
(2)在開關閉合前,應將滑動變阻器的滑片滑至最_____(選填“左”或“右”)端。
(3)電路連線無誤後,閉合開關,小明先後將5Ω和10Ω的電阻分別接入電路,移動滑片P進行了二次實驗,資料如圖乙表格所示,小明緊接著再將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻後,直接讀出電流表示數示為__A.
(4)小明為了使實驗能繼續順利進行,還可以使用的定值電阻有_________。(寫出具體的電阻值)
(5)小明將電阻換成標有“2.5V”字樣的小燈泡,測量其不同電壓下的電功率.
①正確連線電路,閉合開關,發現小燈泡不亮,電壓表有示數,電流表指標幾乎不動,產生這種現象的原因是_____;
②排除故障,繼續實驗,根據實驗資料畫出I﹣U影象(如圖*).由此可求出小燈泡正常發光時的功率為__W;
(6)完成上述實驗後,小明又利用上述器材重新設計了電路(增加了一個滑動變阻器)如圖丁,測量另一個小燈泡的額定功率,這個小燈泡正常工作的電流為I1.請完成實驗步驟.
①只閉合開關S1,移動滑動變阻器R2的滑片,使電流表示數為I1;
②只閉合開關S2,保持滑動變阻器R2的滑片位置不變,移動滑動變阻器R1的滑片,使電流表示數為I1;再_____________________,讀出電流表的示數為I2;
③則小燈泡的額定功率表達式為P額=_____.
【回答】
見解析 右 0.12 15Ω,30Ω 燈泡斷路 0.625 將滑動變阻器R2的滑片調到最左端 3V I12 /I2
【解析】
(1)原電路中,電壓表被短路了,應並聯在電阻的兩端,如下所示:
(2)在開關閉合前,應將滑動變阻器的滑片滑至阻值最大處,即最右端;
(3)研究電流與電阻的關係時,要控制電壓表示數不變,電路連線無誤後,閉合開關,小明先後將5Ω和10Ω的電阻分別接入電路,移動滑片P進行了二次實驗,資料如圖乙表格所示。因研究電流與電阻的關係時,要控制電壓表示數不變,由歐姆定律得,電壓表示數U表=I1R1=0.4A×5Ω=2V;由表中資料知,當電阻為R2=10Ω時,電流為I2=0.2A,根據串聯電路電壓的規律,變阻器兩端的電壓U滑=U−U表=3V−2V=1V,變阻器連入電路中的電阻R滑===5Ω,小明緊接著再將20Ω的定值電阻替換10Ω的電阻後,電路的總電阻R=R3+R滑=20Ω+5Ω=25Ω,故直接讀出電流表示數,即為此時的電流大小I===0.12A;
(4)由(3)知,定值電阻的電壓是變阻器電壓的=2倍,根據分壓原理,定值電阻的大小是變阻器阻值的2倍,當變阻器連入電路中的電阻為20Ω時,定值電阻最大值為2×20Ω=40Ω,故除已用的電阻外,小明為了使實驗能繼續順利進行,還可以使用的定值電阻有15Ω、30Ω的電阻;
(5)①經分析,閉合開關,發現小燈泡不亮,電壓表有示數,電流表指標幾乎不動,產生這種現象的原因是:燈泡斷路;②根據實驗資料畫出I−U圖象,由圖乙可知,當燈的電壓為2.5V時,通過的電流為0.25A,由此可求出小燈泡正常發光時的功率為:P=UI=2.5V×0.25A=0.625W;
(6)分析實驗的原理可以得出其具體的步驟為:①只閉合開關S1,移動滑動變阻器R2的滑片,使電流表示數為I1;②只閉合開關S2,保持滑動變阻器R2的滑片位置不變,調節滑動變阻器R1的滑片使電流表示數為I1;根據等效替代法,則小燈泡正常發光的電阻與變阻器R1此時的電阻相同,為測量出此時變阻器R1的電阻,故應將滑動變阻器R2的滑片調到最左端,讀出電流表的示數為I2;根據歐姆定律,變阻器R1的電阻即為燈正常發光時的電阻,即RL=,
小燈泡的額定功率P額=R燈=⋅=.
知識點:控制變數法
題型:實驗,探究題
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