15. 小东研究通电螺线管外部磁场的特点时，在螺线管周围放置一些小磁针，通电后小磁针静止时的指向情况如图所示（小磁针涂黑的一端为其N极）。
（1）放置小磁针的目的是显示小磁针所在处的。
（2）为了进一步研究通电螺线管外部磁场的分布特点，小东的操作应该是。
（3）实验发现通电螺线管外部磁场分布与条形磁体的磁场相似，由图可知该通电螺线管的左端是极。

(1)磁场方向
(2)在螺线管周围不同位置放置小磁针，观察小磁针N极指向
(3)N

【分析】
本题围绕通电螺线管外部磁场的特点展开，需结合小磁针的作用、磁场分布的研究方法以及磁场方向的判断逻辑解题：
（1）小磁针在磁场中静止时，N极的指向与该点磁场方向一致，因此放置小磁针是为了显示所在处的磁场方向；
（2）要全面研究通电螺线管外部磁场的分布，需在更多不同位置放置小磁针，通过观察小磁针N极指向确定各点磁场方向，进而总结分布规律；
（3）通电螺线管外部磁场从N极出发回到S极，小磁针静止时N极指向与该点磁场方向一致，据此判断螺线管的磁极。
【解析】
（1）小磁针的作用是反映磁场的方向，当小磁针静止时，其N极所指的方向就是该点的磁场方向，因此放置小磁针的目的是显示小磁针所在处的磁场方向；
（2）为进一步研究通电螺线管外部磁场的分布特点，需要在螺线管周围不同位置放置小磁针，通过观察不同位置小磁针N极的指向，获取各点的磁场方向，从而总结磁场的分布规律；
（3）根据磁场方向的规律：通电螺线管外部磁场与条形磁体相似，磁场方向从N极指向S极；小磁针静止时N极的指向与该点磁场方向相同，观察图中螺线管左端附近的小磁针，其N极（涂黑端）指向螺线管左端，说明此处磁场方向指向螺线管左端，因此该通电螺线管的左端是N极。
【答案】
(1)磁场方向
(2)在螺线管周围不同位置放置小磁针，观察小磁针N极指向
(3)N
【知识点】
通电螺线管的磁场、磁场方向、条形磁体磁场
【点评】
本题是初中物理关于通电螺线管磁场的基础实验题，重点考查小磁针的作用、磁场分布的研究方法及磁极判断，属于基础题型，侧重对核心知识点的理解应用。
【难度系数】
0.7

四、计算题和简答题
16. 如图所示，电源电压保持不变，$R_1=10\ \Omega$。当仅闭合开关$S_1$时，电流表示数为0.3 A；当仅闭合开关$S_1$、$S_2$时，电流表示数为0.5 A。求：
（1）电源电压。
（2）定值电阻的电阻$R_2$。
（3）当仅闭合开关$S_3$时，电路的总电功率$P$。

(1) 当仅闭合开关$S_1$时，电路为$R_1$的简单电路，电流表测通过$R_1$的电流，
由$I = \frac{U}{R}$可得，电源电压：
$U = I_1R_1 = 0.3A × 10\Omega = 3V$；
(2)当仅闭合开关$S_1$、$S_2$时，$R_1$与$R_2$并联，电流表测干路电流，
因并联电路中各支路独立工作、互不影响，
所以，通过$R_1$的电流不变，
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，通过$R_2$的电流：
$I_2 = I - I_1 = 0.5A - 0.3A = 0.2A$，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，定值电阻$R_2$的阻值：
$R_2 = \frac{U}{I_2} = \frac{3V}{0.2A} = 15\Omega$；
(3)当仅闭合开关$S_3$时，$R_1$与$R_2$串联，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，电路的总电功率：
$P = \frac{U^2}{R_1 + R_2} = \frac{(3V)^2}{10\Omega + 15\Omega} = 0.36W$。

【分析】
要解决这道题，需先明确不同开关状态下的电路连接方式，再结合串并联电路的特点、欧姆定律和电功率公式逐步计算：
1. 仅闭合S₁时，电路为R₁的简单电路，电流表测R₁的电流，利用欧姆定律可直接求出电源电压；
2. 闭合S₁、S₂时，R₁与R₂并联，电流表测干路电流，根据并联电路各支路独立工作的特点，R₁的电流不变，结合并联电路电流规律算出R₂的电流，再用欧姆定律求出R₂的阻值；
3. 仅闭合S₃时，R₁与R₂串联，先计算总电阻，再利用电功率公式求出电路总功率。
【解析】
(1) 当仅闭合开关S₁时，电路为R₁的简单电路，电流表测通过R₁的电流，根据欧姆定律 $ I = \frac{U}{R} $，可得电源电压：
$ U = I_1R_1 = 0.3\ \mathrm{A} × 10\ \Omega = 3\ \mathrm{V} $；
(2) 当仅闭合开关S₁、S₂时，R₁与R₂并联，电流表测干路电流。由于并联电路中各支路独立工作、互不影响，所以通过R₁的电流仍为0.3 A。根据并联电路的电流规律，干路电流等于各支路电流之和，因此通过R₂的电流：
$ I_2 = I - I_1 = 0.5\ \mathrm{A} - 0.3\ \mathrm{A} = 0.2\ \mathrm{A} $；
又因为并联电路中各支路两端的电压相等，都等于电源电压，所以定值电阻R₂的阻值：
$ R_2 = \frac{U}{I_2} = \frac{3\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}} = 15\ \Omega $；
(3) 当仅闭合开关S₃时，R₁与R₂串联，根据串联电路的电阻规律，总电阻等于各分电阻之和，即 $ R_{\mathrm{总}} = R_1 + R_2 = 10\ \Omega + 15\ \Omega = 25\ \Omega $；
电路的总电功率：
$ P = \frac{U^2}{R_{\mathrm{总}}} = \frac{(3\ \mathrm{V})^2}{25\ \Omega} = 0.36\ \mathrm{W} $。
【答案】
(1) 电源电压为3 V；(2) 定值电阻R₂的阻值为15 Ω；(3) 电路的总电功率为0.36 W。
【知识点】
欧姆定律、串并联电路特点、电功率计算
【点评】
本题考查电路分析、欧姆定律及电功率公式的应用，核心是正确判断不同开关状态下的电路连接方式，利用串并联规律简化计算，属于电学基础应用题，需熟练掌握相关公式与规律。
【难度系数】
0.6

17. 为研究热敏电阻的电阻$R_2$与温度的关系，小京按如图所示的电路进行实验，其中电源两端的电压$U$不变，定值电阻的电阻为$R_1$。实验中，他将已做防水处理的热敏电阻先后浸没在温度分别为$t_1$、$t_2$和$t_3$的水中足够时间后，闭合开关，分别读出对应电流表A的示数$I_1$、$I_2$和$I_3$，发现$I_1＜I_2＜I_3$。已知$t_1＜t_2＜t_3$，请分析并说明热敏电阻的电阻$R_2$与温度的关系。

由电路图可知，$R_1$与$R_2$串联，电流表测电路电流，电源电压U不变，$R_1$为定值电阻。
根据串联电路总电阻$R_{总}=R_1+R_2$，由欧姆定律$I=\frac{U}{R_{总}}$可得$I=\frac{U}{R_1+R_2}$。
已知$I_1\lt I_2\lt I_3$，且U、$R_1$不变，由$I=\frac{U}{R_1+R_2}$可知，电流增大时，总电阻$R_{总}$减小，即$R_1+R_2$减小。因$R_1$为定值电阻，故$R_2$减小。
又$t_1\lt t_2\lt t_3$，即温度升高时，$R_2$减小。
结论：热敏电阻$R_2$的电阻随温度的升高而减小。

【分析】
要分析热敏电阻$R_2$与温度的关系，首先明确电路为$R_1$与$R_2$串联，电流表测电路电流，电源电压$U$和定值电阻$R_1$的阻值不变。根据欧姆定律，电路电流与总电阻成反比，结合串联电路总电阻规律，可通过电流变化推导$R_2$的变化，再对应温度变化即可得出结论。
【解析】
由电路图可知，$R_1$与$R_2$串联，电流表测量电路中的电流，电源电压$U$不变，$R_1$为定值电阻。根据串联电路总电阻规律，总电阻$R_{总}=R_1+R_2$。根据欧姆定律$I=\frac{U}{R_{总}}$，可得电路电流$I=\frac{U}{R_1+R_2}$。已知$I_1＜I_2＜I_3$，且$U$、$R_1$不变，由$I=\frac{U}{R_1+R_2}$可知，电流越大，总电阻$R_{总}$越小，因此$R_1+R_2$越小。因为$R_1$是定值电阻，所以$R_2$随电流增大而减小。又已知温度关系$t_1＜t_2＜t_3$，对应电流$I_1＜I_2＜I_3$，即温度越高，电流越大，热敏电阻$R_2$的阻值越小。因此，热敏电阻$R_2$的电阻随温度的升高而减小。
【答案】
热敏电阻$R_2$的电阻随温度的升高而减小。
【知识点】
串联电路、欧姆定律、热敏电阻特性
【点评】
本题考查串联电路特点和欧姆定律的应用，结合实验中电流与温度的变化分析热敏电阻的阻值变化，属于基础电路分析题，需掌握欧姆定律和串联电阻规律的应用。
【难度系数】
0.5