小凱同學利用如圖所示的實驗裝置探究電流與電阻的關係。實驗器材有:定值電阻(5Ω、10Ω、20Ω、50Ω)、規格...
問題詳情:
小凱同學利用如圖所示的實驗裝置探究電流與電阻的關係。實驗器材有:定值電阻(5Ω、10Ω、20Ω、50Ω)、規格為“20Ω1A”的滑動變阻器、電源(電壓恆為6V)、電壓表、電流表、導線和開關。
(1)圖*是小凱連接的實物電路,其中一根導線連接錯誤,請你在該導線上打“×”並用筆畫線代替導線正確連線。
(_______________)
(2)改正電路連接後,閉合開關,移動滑片,電壓表指針隨之偏轉,而電流表的指針不動,則電路故障的原因是電流表_____(填“短路”或“斷路”)。
(3)排除故障後,小凱進行實驗時,調節滑片使電壓表的示數為4V保持不變。根據提供的器材和連接的實物電路,最多可選擇哪幾個定值電阻進行實驗?_____。
(4)為了確保所給的定值電阻單獨接入電路後都能正常實驗,小凱從其他小組借來了“50Ω 1A”的滑動變阻器,這時需要控制電壓表的示數_____V不變。通過多次實驗,可得結論:電壓一定時,通過導體的電流與電阻成_____。
(5)實驗結束後,在只有電流表的情況下,小凱同學設計瞭如圖乙所示的電路,測出了小燈泡L的額定功率。已知小燈泡L正常工作的電流為0.2A,電源電壓為6V,定值電阻R0的阻值為5Ω,請你將實驗步驟補充完整。
①開關S接a,調節R1的滑片,使電流表的示數為_____A,此時小燈泡正常發光。
②開關S接b,使R1的滑片_____(填“向左移”、“向右移”或“保持不動”),此時電流表的示數為0.6A,則R1接入電路的阻值為_____,然後將R1的滑片滑到最_____(填“左”或“右”)端,此時電流表的示數為0.4A,則R1的最大阻值為_____Ω。
③小燈泡的額定功率P額=_____W。
【回答】
短路 10Ω、20Ω 3 反比 0.2 保持不動 5Ω 左 10 1
【詳解】
(1)原電路中,兩表和電阻均短路,電流表應與電阻串聯,電壓表與電阻並聯,如下所示:
(2)改正電路連接後,閉合開關,移動滑片,電壓表指針隨之偏轉,而電流表的指針不動,則電路故障的原因是電流表短路;
(3)電壓表的示數為4V保持不變,由串聯電路電壓的規律,變阻器分得的電壓為:
U滑=6V﹣2V=4V,
由分壓原理:
UV:U滑=R定:R滑大
即:
2V:4V=R定:20Ω
故定值電阻的最大電阻為:R定=40Ω;
當用5Ω的電阻時,由歐姆定律,因電流為0.8A大於0.6A,故只能10Ω、20Ω的電阻進行實驗;
(4)由串聯電路電壓的規律及分壓原理有:
U-Uv′:UV′=R滑′:R定′
即:
6V-Uv′:UV′=50Ω:50Ω
故需要控制電壓表的示數3V不變過多次實驗可得結論:電壓一定時,通過導體的電流與電阻成反比;
(5)實驗步驟:
①開關S接a,調節R1的滑片,使電流表的示數為0.2A,此時小燈泡正常發光;
②開關S接b,使R1的滑片保持不動,此時電流表的示數為0.6A,由歐姆定律和串聯電阻的規律,則R1接入電路的阻值為:
R1=-R0=-5Ω=5Ω;
然後將R1的滑片滑到最右端,R1的電阻最大且與燈串聯,電流表測電路的電流,此時電流表的示數為0.4A,由歐姆定律和串聯電阻的規律,則R1的最大阻值為:
R大=-R0=-5Ω=10Ω;
③在①中變阻器連入電路的電阻為:
R1′=10Ω﹣5Ω=5Ω
由歐姆定律和串聯電阻的規律,則燈的額定電壓為:
UL=U﹣ILR1′=6V﹣0.2A×5Ω=5V;
小燈泡的額定功率:
P額=ULIL=5V×0.2A=1W。
知識點:電流與電壓和電阻的關係
題型:實驗,探究題