Question

小明在实验室探究电学实验，有如下器材：电压表、电流表、滑动变阻器、开关、电源（电压恒为4.5V）、定值电阻R（分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω）、小灯泡（额定电压为2.5V）、导线若干。

（1）在探究“电流与电阻的关系”实验中：

①小明设计了如图甲所示电路，请你帮他将图乙所示的实物图连接完整。

（___）

②闭合开关前，要将滑动变阻器滑片移至_____（选填“A”或“B“）端；电路中滑动变阻器起到保护电路和_____的作用。

③闭合开关，发现无论如何移动滑动变阻器的滑片，电流表有示数，电压表示数为零，此时电路出现的故障可能是_____。

④小明排除故障后继续实验，先将5Ω的电阻接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数；断开开关，把5欧电阻换为10欧的电阻，再闭合开关，应向_____（选填“A”或“B“）端移动滑动变阻器的滑片，才能使电压表示数仍为2.5V，同时再记下电流表的示数。

⑤为确保所给的5个定值电阻接入电路后都能正常进行实验，那么，应该选取最大阻值不小于_____Ω的滑动变阻器。

（2）完成以上实验后，小明将定值电阻换成小灯泡，想要测量它的额定电功率。在不损坏小灯泡的情况下，移动滑动变阻器的滑片，记录多组小灯泡两端的电压值及对应的电流值，根据这些数据绘制出了小灯泡的“I﹣﹣U”关系图象（如图丙所示）。分析图象可知，小灯泡正常工作时灯丝电阻为_____Ω，小灯泡的额定功率是_____W．从图象还可以看出，小灯泡灯丝的电阻是_____（选填“变化或“不变”）的，造成这一现象的原因是灯丝电阻随_____升高而增大。

Answer

（1）①； ②A； 保持电阻两端电压不变； ③电阻短路； ④A； ⑤20； （2）10； 0.625； 变化； 温度

【解析】

（1）①根据图甲连接实物电路；
②闭合开关前，要将滑动变阻器滑片移至阻值最大处；探究“电流与电阻的关系”实验，需要保持电阻两端的电压不变；
③若电流表有示数，说明电路可能短路，电压表示数为零，说明电压表测量的电阻为零，分析故障的位置；
④根据控制变量法，研究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻的电压相同，当换上大电阻时，根据分压原理确定电压表示数的变化，由串联电路电压的规律结合分压原理确定滑片移动的方向；
⑤探究电流与电阻的关系，应保持电阻两端的电压不变；根据串联电路电压的规律求出变阻器分得的电压，根据分压原理，求出当接入25Ω电阻时变阻器连入电路中的电阻；
（2）根据小灯泡额定电压为2.5V时，读出图象中对应的电流数值，利用欧姆定律公式变形可求得小灯泡正常工作时的灯丝电阻，根据P=UI可求灯泡的额定功率；
根据图象由欧姆定律求出在不同电压下的电阻大小，比较数据得出结论；从温度对电阻的影响分析原因。

（1）①根据图甲连接实物，注意电压表与电阻并联，且正进负出，即将电压表的负接线柱连接定值电阻的右端，定值电阻右端再连接滑动变阻器的左上接线柱即可，如下所示：

②闭合开关前，为保护电路，要将滑动变阻器滑片移至阻值最大处，即A端；

为得出普遍性的结论要多次测量，故电路中滑动变阻器除起到保护电路元件安全的作用外，还有改变电阻电压和电流（保证定值电阻两端的电压不变）的作用；

③闭合开关S，无论如何移动滑动变阻器的滑片P，电流表有示数，说明电路不可能是断路，可能是短路，电压表示数为零，说明电压表测量的电阻为零，则与电压表并联的电阻短路了；

④小明先将的电阻接入，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为，记下电流表示数；接着在滑动变阻器的滑片位置不变，把R换为的电阻时，电阻变大，电压表示数变大，为保持电压表示数不变，要增大变阻器的电压，故应向A端移动滑动变阻器的滑片P，才能使电压表示数为，同时记下电流表的示数；

⑤研究电流与电阻的关系实验中，应控制电阻两端的电压不变，即电阻两端的电压始终保持2.5V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：；

串联时，电压与电阻成正比，变阻器分得的电压为电压表示数的倍，当接入电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：，故为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少的滑动变阻器；

（2）由图象可知，小灯泡额定电压为时，电流为，此时的电阻大小：；小灯泡的额定功率：；

由图象知，当电压分别为、、时，对应的电流大小分别为、、，根据分别求出对应的电阻大小为、、，所以画出的图像是弯曲的，即灯泡的电阻是变化的；

由于通常金属电阻随温度的升高而增大，当电压增大时，灯泡的实际功率变大，灯丝的温度逐渐升高，则小灯泡灯丝的电阻随温度的升高逐渐变大。