Question

实验桌上摆放着如下实验器材：满足实验要求的电源1个、阻值已知的定值电阻（R）和电阻箱（电路图符号）各一个，电流表、电压表各1块，滑动变阻器1个，开关1个，导线若干．请选用上述实验器材，设计一个实验证明“两个电阻R与R串联，当通过这两个电阻的电流和电阻R保持不变时，这两个电阻串联后的总功率与电阻R的关系为：P=I²R+k（k为常量）”．请你画出实验电路图，写出实验步骤，画出实验数据记录表．

Answer

根据实验要求，将一个定值电阻与电阻箱串联，因为要保证电流不变，所以还串联一个滑动变阻器，当改变电阻箱接入电路的电阻时，通过调节滑动变阻器的电阻，使电路中电流不变．因为是证明两个电阻串联后两端的总功率与另一个电阻R的关系为：P=I2R+k，所以要测出两个电阻串联时两端的总电压，根据P=UI得出总功率；R的阻值可从电阻箱上读出来，根据P=I2R求出定值电阻和电阻箱电阻的电功率，即k=I2R；这样改变电阻箱的阻值，调节滑动变阻器的阻值，保证电流不变，就可得到多组数据．记录在表格中，然后分析归纳就可证明两个电阻串联后两端的总电压与另一个电阻R的关系为：P=I2R+k（k为常量）．
【解析】
（1）电阻R与电阻箱、滑动变阻器串联，电流表测干路电流，电压表测电阻箱和定值电阻两端的电压，如下图所示：

（2）实验步骤：
①调节电流表、电压表使指针在零刻线位置；断开开关S，按照电路图连接实验电路；
②闭合开关S，调节电阻箱R为适当电阻值R1．读出电流表、电压表的示数I1和U，并把数据R、R1、I和U记录在表格中；
③仿照步骤②，分别改变5次电阻箱R的阻值，调节滑动变阻器使电流表的示数保持不变，用电压表测量相应电压的数据，读出电阻值R2、R3、R4、R5、R6及所对应的电压值U2、U3、U4、U5、U6并把数据记录在表格中；
④利用P=UI求出两个电阻串联后的总功率，根据P=I2R求出R、R的功率，并记录在数据记录表格中．
（3）实验数据记录表：

实验次数 1 2 3 4 5 6
R/Ω            
R/Ω            
I/A             
U/V            
P总            
PR            
P