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____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，想要测量它的电阻。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（即在2.5V电压下工作）时灯丝电阻为______Ω；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

A 保护电路元件安全 保持电阻两端电压不变 定值电阻R短路 A 20 10 变化 温度

【解析】

(1)①[1]根据图甲连接实物，注意各元件顺序与电路图一一对应，电压表与电阻并联，且正进负出，如下所示：

；

②[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；

[3][4]为了探究“电流与电阻的关系”的关系，需要控制电阻两端的电压不变，故电路中滑动变阻器除起到保护电路元件安全的作用外，还有保持电阻两端电压不变的作用；

③[5]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，说明电压表并联的支路短路了；即定值电阻R短路了；

④[6]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2.5V，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10Ω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，要增大滑动变阻器的电压，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2.5V，同时记下电流表的示数；

⑤[7]由题意知，电阻两端的电压始终保持2.5V不变：根据串联电路电压的规律，滑动变阻器分得的电压：

；

滑动变阻器分得的电压为电压表示数的倍数是：

；

根据分压原理，当接入25Ω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20Ω的滑动变阻器；

(2)[8]由图丙可知，小灯泡额定电压为2.5V时，电流为0.25A，此时的电阻大小是：

；

[9]由图丙知，当电压分别为0.5V、1.5V、2.5V时，对应的电流大小分别为0.1A、0.2A、0.25A，根据分别求出对应的电阻大小为：

；

；

；

可知小灯泡灯丝的电阻随电压的增大逐渐而变大；

[10]当电压增大时，通过的电流也相应增大，根据，灯的电功率也逐渐增大，灯丝的温度逐渐升高，由于灯丝电阻随温度的升高而增大，所以小灯泡灯丝的电阻随温度的升高逐渐变大。