5. 如图甲所示是“探究电压一定时,电流跟电阻关系”的实验电路图,已知电源电压恒为4 V,实验还用到滑动变阻器(30 Ω 1 A)、符合实验要求的电表、开关、导线等。

(1)实验中小明同学多次改变R的阻值,记下对应电流表的示数,得到如图乙所示的电流I随电阻R变化的图像,由图像可以得出结论:当导体两端电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成比;
(2)由图乙可知,小明探究时,控制电阻两端电压为V不变;
(3)如果小明同学连好电路后闭合开关,移动滑动变阻器滑片P,发现电流表有示数,电压表无示数,则该故障可能是由R(填“短路”或“断路”)造成的;
(4)小明为了能够完成上述实验,更换的电阻R的阻值不能超过Ω;
(5)上述实验结束后,小明又设计了如图丙所示的电路,只用电压表来测量额定电压为2.5 V的小灯泡的额定功率,已知滑动变阻器的最大阻值为10 Ω,其测量过程如下:
①闭合开关S、S₂,断开S₁,将滑动变阻器的滑片移到最上端,电压表示数为4 V;
②闭合S、S₁,断开S₂,移动滑动变阻器使电压表示数为V时,小灯泡正常发光;
③闭合S、S₂,断开S₁,保持滑动变阻器的滑片与第②步的位置相同,此时电压表示数为2 V;
④根据上述测量,可知小灯泡的额定功率$ P_{额} = $W。
(1)实验中小明同学多次改变R的阻值,记下对应电流表的示数,得到如图乙所示的电流I随电阻R变化的图像,由图像可以得出结论:当导体两端电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成比;
(2)由图乙可知,小明探究时,控制电阻两端电压为V不变;
(3)如果小明同学连好电路后闭合开关,移动滑动变阻器滑片P,发现电流表有示数,电压表无示数,则该故障可能是由R(填“短路”或“断路”)造成的;
(4)小明为了能够完成上述实验,更换的电阻R的阻值不能超过Ω;
(5)上述实验结束后,小明又设计了如图丙所示的电路,只用电压表来测量额定电压为2.5 V的小灯泡的额定功率,已知滑动变阻器的最大阻值为10 Ω,其测量过程如下:
①闭合开关S、S₂,断开S₁,将滑动变阻器的滑片移到最上端,电压表示数为4 V;
②闭合S、S₁,断开S₂,移动滑动变阻器使电压表示数为V时,小灯泡正常发光;
③闭合S、S₂,断开S₁,保持滑动变阻器的滑片与第②步的位置相同,此时电压表示数为2 V;
④根据上述测量,可知小灯泡的额定功率$ P_{额} = $W。
答案
解:
(1) 反
(2) 由欧姆定律,取图乙中R=5Ω、I=0.5A,可得控制电阻两端的电压:$U=IR=0.5A×5Ω=2.5\ \mathrm{V}$
(3) 短路
(4) 串联电路中滑动变阻器两端电压$U_{\mathrm{滑}}=4\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=1.5\ \mathrm{V}$,由串联分压规律$\frac{U}{U_{\mathrm{滑}}}=\frac{R_{\mathrm{max}}}{R_{\mathrm{滑max}}}$,代入数据$\frac{2.5\ \mathrm{V}}{1.5\ \mathrm{V}}=\frac{R_{\mathrm{max}}}{30\ Ω}$,解得$R_{\mathrm{max}}=50\ Ω$
(5) ② 小灯泡额定电压为2.5 V,电源电压为4 V,此时滑动变阻器两端电压为$4\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=1.5\ \mathrm{V}$,即电压表示数为$\boldsymbol{1.5}$V时小灯泡正常发光;
④ 步骤③中滑动变阻器总阻值10 Ω全部接入电路,电路电流$I'=\frac{4\ \mathrm{V}}{10\ Ω}=0.4\ \mathrm{A}$,电压表示数为2 V,可得滑片下方接入的电阻$R_{\mathrm{下}}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=5\ Ω$。步骤②中灯泡正常发光时,电路的额定电流$I_{\mathrm{额}}=\frac{1.5\ \mathrm{V}}{5\ Ω}=0.3\ \mathrm{A}$,小灯泡的额定功率$P_{\mathrm{额}}=U_{\mathrm{额}}I_{\mathrm{额}}=2.5\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}=0.75\ \mathrm{W}$。
答案依次为:(1) $\boldsymbol{反}$;(2) $\boldsymbol{2.5}$;(3) $\boldsymbol{短路}$;(4) $\boldsymbol{50}$;(5) ②$\boldsymbol{1.5}$;④$\boldsymbol{0.75}$。
(1) 反
(2) 由欧姆定律,取图乙中R=5Ω、I=0.5A,可得控制电阻两端的电压:$U=IR=0.5A×5Ω=2.5\ \mathrm{V}$
(3) 短路
(4) 串联电路中滑动变阻器两端电压$U_{\mathrm{滑}}=4\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=1.5\ \mathrm{V}$,由串联分压规律$\frac{U}{U_{\mathrm{滑}}}=\frac{R_{\mathrm{max}}}{R_{\mathrm{滑max}}}$,代入数据$\frac{2.5\ \mathrm{V}}{1.5\ \mathrm{V}}=\frac{R_{\mathrm{max}}}{30\ Ω}$,解得$R_{\mathrm{max}}=50\ Ω$
(5) ② 小灯泡额定电压为2.5 V,电源电压为4 V,此时滑动变阻器两端电压为$4\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=1.5\ \mathrm{V}$,即电压表示数为$\boldsymbol{1.5}$V时小灯泡正常发光;
④ 步骤③中滑动变阻器总阻值10 Ω全部接入电路,电路电流$I'=\frac{4\ \mathrm{V}}{10\ Ω}=0.4\ \mathrm{A}$,电压表示数为2 V,可得滑片下方接入的电阻$R_{\mathrm{下}}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=5\ Ω$。步骤②中灯泡正常发光时,电路的额定电流$I_{\mathrm{额}}=\frac{1.5\ \mathrm{V}}{5\ Ω}=0.3\ \mathrm{A}$,小灯泡的额定功率$P_{\mathrm{额}}=U_{\mathrm{额}}I_{\mathrm{额}}=2.5\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}=0.75\ \mathrm{W}$。
答案依次为:(1) $\boldsymbol{反}$;(2) $\boldsymbol{2.5}$;(3) $\boldsymbol{短路}$;(4) $\boldsymbol{50}$;(5) ②$\boldsymbol{1.5}$;④$\boldsymbol{0.75}$。
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