Question

12．某班同學(xué)在研究“電流跟電阻的關(guān)系”時(shí)，設(shè)計(jì)的電路如圖所示．選用器材有：電源（電壓恒為6V）、電流表（量程選用0～0.6A）、電壓表（量程選用0-3V）、滑動(dòng)變阻器R₂（20Ω2A），開關(guān)各一只，導(dǎo)線若干，電阻（阻值為5Ω、8Ω、10Ω、12Ω、24Ω各一只）．

（1）請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖，將實(shí)物圖連接完整．
（2）在探究電流跟電阻的關(guān)系時(shí)，測(cè)量一組電流、電阻值后，改變R₁阻值，閉合開關(guān)，在讀出并記錄第二組電流、電阻值前，應(yīng)先進(jìn)行的操作是調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表的示數(shù)不變．
（3）為了實(shí)驗(yàn)器材的安全和實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，改變R₁阻值時(shí)，在5Ω、8Ω、10Ω、12Ω、24Ω的供選電阻中，不能選用的電阻是24Ω，原因是調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器無(wú)法使24Ω電阻兩端的電壓不大于3V．
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)要讓電阻R₁兩端的電壓為2.5V，電阻R₁選用10Ω的阻值時(shí)，滑動(dòng)變阻器R₂的阻值應(yīng)為14Ω．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電壓表與電阻并聯(lián)，電流表與電阻串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（2）在研究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)該控制電阻兩端的電壓不變，是通過(guò)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片實(shí)現(xiàn)的；
（3）當(dāng)電壓表示數(shù)最大且R₁的阻值最小時(shí)電路中的電流最大，根據(jù)歐姆定律求出電路中的最大電流然后確定定值電阻是否可行；根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律得出等式即可得出R₁阻值的表達(dá)式，然后根據(jù)電壓表的量程和滑動(dòng)變阻器的最大阻值確定電路中可以使用的最大定值電阻，然后得出答案；
（4）根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值．

解答 解：（1）電壓表與電阻并聯(lián)，電流表與電阻串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，如下圖所示：

（2）要探究電流與電壓的關(guān)系，必須通過(guò)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，來(lái)控制電阻兩端的電壓不變；
所以改變R₁阻值，閉合開關(guān)，在讀出并記錄第二組電流、電阻值前，應(yīng)先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電阻R₁兩端的電壓不變，即電壓表的示數(shù)不變．
（3）當(dāng)電壓表示數(shù)最大U₁=3V且R₁=5Ω時(shí)，電路中的電流最大，
則I_大=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，
所以，供選的電阻均可行；
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，電路中的電流：
I′=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{R}_{2}}$，
則R₁=$\frac{{U}_{1}}{U-{U}_{1}}$R₂=$\frac{1}{\frac{U}{{U}_{1}}-1}$R₂，
當(dāng)U₁最大為3V、R₂最大為20Ω時(shí)，R₁的阻值：
則R_1大=$\frac{1}{\frac{U}{{U}_{1}}-1}$R₂=$\frac{1}{\frac{6V}{3V}-1}$×20Ω=20Ω＜24Ω，
所以，24Ω的電阻不符合題意；
（4）當(dāng)U₁=2.5V，R₁=10Ω時(shí)，電路中的電流：
I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：
U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V，
則滑動(dòng)變阻器R₂的阻值：
R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
故答案為：
（1）如上圖所示；
（2）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表的示數(shù)不變；
（3）24；調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器無(wú)法使24Ω電阻兩端的電壓不大于3V；
（4）14．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物圖的連接、串聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律的計(jì)算等，關(guān)鍵是明白研究“電流跟電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的原理，難點(diǎn)是根據(jù)電表的量程判斷R₁不可能的阻值．