Question

某科學(xué)研究小組同學(xué)用如圖所示的電路來研究滑動(dòng)變阻器消耗的電功率大小與滑動(dòng)變阻器阻值大小之間的關(guān)系．已知定值電阻R₀的阻值為20Ω，滑動(dòng)變阻器R₁上標(biāo)有“3A 50Ω”字樣．小科和小敏分別測(cè)得表1和表2中的數(shù)據(jù)（第一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是在剛閉合開關(guān)時(shí)測(cè)得）．
表一

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5
電流表示數(shù)/A	0.60	0.48	0.40	0.34	0.30
電壓表示數(shù)/U	0	2.4	4.0	5.1	6.0

表二

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5
電流表示數(shù)/A	0.17	0.20	0.24	0.26	0.30
電壓表示數(shù)/U	8.5	8.0	7.2	6.8	6.0

請(qǐng)你根據(jù)上述數(shù)據(jù)，回答下列問題：
（1）其中

 

同學(xué)的實(shí)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(shù)據(jù)小科認(rèn)為：滑動(dòng)變速器消耗的功率隨著滑動(dòng)變速器阻值的增大而增大；小敏認(rèn)為：滑動(dòng)變阻器消耗的功率隨著滑動(dòng)變阻器阻值的增大而變小；小思卻認(rèn)為：他們的結(jié)論都只有在一定的條件下才成立…你認(rèn)為小思所說的“一定條件”分別指什么？

Answer 1

分析：（1）在閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)滑到阻值最大處，目的是為了保護(hù)電路．因?yàn)榇藭r(shí)電阻最大，電路中電流最小．分析兩表中的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)小科的第一組數(shù)據(jù)，電流表的示數(shù)是0.60A，而電壓表的示數(shù)是零，說明他在閉合開關(guān)前沒有將滑片滑到阻值最大處；
（2）定值電阻與滑動(dòng)變阻器是串聯(lián)，要算電源電壓可根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律，用定值電阻的電壓加上滑動(dòng)變阻器的電壓進(jìn)行計(jì)算；
（3）分析表一：該實(shí)驗(yàn)中，電流表的示數(shù)在逐漸變小，說明滑動(dòng)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(dāng)變阻器的阻值與定值電阻的阻值相等時(shí)（電流是0.3A，定值電阻的電壓為U₀=0.3A×20Ω=6V，變阻器電壓也為6V，兩電阻分的電壓相等，因?yàn)榇��?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(shí)驗(yàn)中，電流表的示數(shù)在逐漸變大，說明滑動(dòng)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(dāng)變阻器的阻值與定值電阻的阻值相等時(shí)（電流是0.3A，定值電阻的電壓為U₀=0.3A×20Ω=6V，變阻器電壓也為6V，兩電阻分的電壓相等，因?yàn)榇��?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?yàn)樵陂]合開關(guān)前，滑片應(yīng)該是滑到阻值最大處的，此時(shí)電路中的電流最小，電流表的示數(shù)最�。�小科的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，第一次電流表的示數(shù)最大，說明他在閉合開關(guān)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(shù)據(jù)計(jì)算電源電壓：U=U₀+U_變=0.3A×20Ω+6V=12V．
（3）綜合分析表一和表二，當(dāng)電流為0.3A時(shí)，變阻器消耗的電功率最大，此時(shí)變阻器的阻值R_變=

12V

0.3A

-20Ω=20Ω，這說明當(dāng)變阻器的阻值與定值電阻相等時(shí)，消耗的電功率最大．
則當(dāng)R_變≤R₀時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率隨著滑動(dòng)變阻器阻值的增大而增大；當(dāng)R_變≥R₀時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率隨著滑動(dòng)變阻器阻值的增大而減小．
故答案為 （1）小科，他在閉合開關(guān)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≤R₀時(shí)和R_變≥R₀時(shí)．

點(diǎn)評(píng)：這道實(shí)驗(yàn)題主要考查學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，這類題的難度一般比較大．這就需要我們?cè)谧鲱}是能熟練靈活的應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)去分析．