Question

某科學研究小組同學用如圖所示的電路來研究滑動變阻器消耗的電功率大小與滑動變阻器阻值大小之間的關系．已知定值電阻R的阻值為20Ω，滑動變阻器R₁上標有“3A 50Ω”字樣．小科和小敏分別測得表1和表2中的數據（第一次實驗數據都是在剛閉合開關時測得）．
表一

實驗次數	1	2	3	4	5
電流表示數/A	0.60	0.48	0.40	0.34	0.30
電壓表示數/U		2.4	4.0	5.1	6.0

表二

實驗次數	1	2	3	4	5
電流表示數/A	0.17	0.20	0.24	0.26	0.30
電壓表示數/U	8.5	8.0	7.2	6.8	6.0

請你根據上述數據，回答下列問題：
（1）其中______同學的實際操作不規(guī)范，不規(guī)范之處在于______；
（2）電源電壓是多大？
（3）分析上述數據小科認為：滑動變速器消耗的功率隨著滑動變速器阻值的增大而增大；小敏認為：滑動變阻器消耗的功率隨著滑動變阻器阻值的增大而變小；小思卻認為：他們的結論都只有在一定的條件下才成立…你認為小思所說的“一定條件”分別指什么？

Answer 1

【答案】分析：（1）在閉合開關前，滑動變阻器的滑片應滑到阻值最大處，目的是為了保護電路．因為此時電阻最大，電路中電流最小．分析兩表中的數據，我們發(fā)現小科的第一組數據，電流表的示數是0.60A，而電壓表的示數是零，說明他在閉合開關前沒有將滑片滑到阻值最大處；
（2）定值電阻與滑動變阻器是串聯(lián)，要算電源電壓可根據串聯(lián)電路電壓規(guī)律，用定值電阻的電壓加上滑動變阻器的電壓進行計算；
（3）分析表一：該實驗中，電流表的示數在逐漸變小，說明滑動變阻器的阻值在逐漸變大，而隨著變阻器阻值的增大，變阻器消耗的電功率也隨之增大．當變阻器的阻值與定值電阻的阻值相等時（電流是0.3A，定值電阻的電壓為U=0.3A×20Ω=6V，變阻器電壓也為6V，兩電阻分的電壓相等，因為串聯(lián)電流相等，所以兩電阻阻值相等），變阻器消耗的功率最大；
    分析表二：該實驗中，電流表的示數在逐漸變大，說明滑動變阻器的阻值在逐漸變小，而隨著變阻器阻值的減小，變阻器消耗的電功率卻隨之增大．當變阻器的阻值與定值電阻的阻值相等時（電流是0.3A，定值電阻的電壓為U=0.3A×20Ω=6V，變阻器電壓也為6V，兩電阻分的電壓相等，因為串聯(lián)電流相等，所以兩電阻阻值相等），變阻器消耗的功率最大．
解答：解：（1）因為在閉合開關前，滑片應該是滑到阻值最大處的，此時電路中的電流最小，電流表的示數最小．小科的實驗數據中，第一次電流表的示數最大，說明他在閉合開關前沒有將滑片滑到阻值最大處．
（2）我們用表一中的第5組數據計算電源電壓：U=U+U_變=0.3A×20Ω+6V=12V．
（3）綜合分析表一和表二，當電流為0.3A時，變阻器消耗的電功率最大，此時變阻器的阻值R_變=-20Ω=20Ω，這說明當變阻器的阻值與定值電阻相等時，消耗的電功率最大．
則當R_變≤R時，滑動變阻器消耗的功率隨著滑動變阻器阻值的增大而增大；當R_變≥R時，滑動變阻器消耗的功率隨著滑動變阻器阻值的增大而減�。�
故答案為 （1）小科，他在閉合開關前沒有將滑片滑到阻值最大處．
（2）電源電壓是12V．
（3）一定條件分別指R_變≤R時和R_變≥R時．
點評：這道實驗題主要考查學生分析實驗數據的能力，這類題的難度一般比較大．這就需要我們在做題是能熟練靈活的應用所學的知識去分析．