Question

小明同學(xué)想用圖甲所示的電路來驗(yàn)證“電流與電阻的關(guān)系”，他選擇的器材有：電壓恒為3V的電源，阻值為5Ω、10Ω，、20Ω的定值電阻各一只，“15Ω lA“的滑動(dòng)變阻器一只，學(xué)生用電流表、電壓表各一只，開關(guān)和導(dǎo)線若于．他設(shè)想進(jìn)行如下操作：
（1）實(shí)驗(yàn)過程中他通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來控制定值電阻兩端的電壓恒為1.5V．
A．先將R用5Ω的電阻接入電路中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀取與該電阻對應(yīng)的電流值；
B．再用10Ω的電阻替換5Ω的電阻接入電路中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀取與該電阻對應(yīng)的電流值；
C．最后他用20Ω的電阻替換10Ω的電阻接入電路中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀取與該電阻對應(yīng)的電流值；
和小明同組的小紅同學(xué)經(jīng)過分析和估算發(fā)現(xiàn)，這是無法完成的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，問：（a）小明此設(shè)計(jì)的主要問題出在哪里？
問題是：

滑動(dòng)變阻器阻值偏小，不能使20Ω電阻接入電路時(shí)電壓保持1.5V

．
（b）小紅提出：要改進(jìn)小明的設(shè)計(jì)，只要更換掉一個(gè)不合適的器材就可以使上述問題得以解決，并指出所需器材是下列器材中的一個(gè)：30Ω的定值電阻、4.5V的電源、“50Ω lA“的滑動(dòng)變阻器、單刀雙擲開關(guān)
小紅要更換的器材是：其他設(shè)計(jì)不變，只要將小明所選的

“15Ω lA”的滑動(dòng)變阻器

器材換為

“50Ω lA”的滑動(dòng)變阻器

．
（2）根據(jù)題意，請你選擇合適的電表量程，并幫助小明按照電路圖用筆畫線代替導(dǎo)線完成右邊實(shí)物圖（圖乙）的連接．

Answer 1

分析：（1）電流跟電壓、電阻有關(guān)，用控制變量法研究電流跟電壓和電阻的關(guān)系．
（2）研究電流跟電阻的關(guān)系時(shí)，保持電阻兩端的電壓不變，改變電阻大小，討論電流跟電阻的關(guān)系．
（3）串聯(lián)電路電阻起分擔(dān)電壓的作用，電阻越大，分擔(dān)的電壓越大．

解答：解：（1）串聯(lián)電路電阻起分擔(dān)電壓的作用，相等的電阻分擔(dān)的電壓相等，電源的電壓是3V，當(dāng)阻值為5Ω、10Ω的定值電阻接入電路，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，都能和滑動(dòng)變阻器分擔(dān)一半的電壓1.5V，當(dāng)20Ω的定值電阻接入時(shí)，滑動(dòng)變阻器的最大阻值的15Ω，20Ω的定值電阻兩端的電壓最小是20Ω×

3V

20Ω+15Ω

≈ 1.7V，不能達(dá)到1.5V，要保持1.5V，滑動(dòng)變阻器的電阻至少是20Ω．
（2）如果定值電阻換成30Ω，定值電阻的電壓更大，比1.7V還大，不能完成實(shí)驗(yàn)，不符合題意．
（3）電源電壓換成4.5V時(shí)，20Ω的定值電阻兩端的電壓最小是20Ω×

4.5V

20Ω+15Ω

≈2.6V，不能達(dá)到1.5V．不符合題意．
（4）當(dāng)20Ω的定值電阻接入時(shí)，要使定值電阻兩端的電壓達(dá)到1.5V，滑動(dòng)變阻器的電阻至少是20Ω．電路中當(dāng)定值電阻為5Ω，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為0，最大電流是I=

3V

5Ω

=0.6A．“50Ω lA”的滑動(dòng)變阻器符合題意．
（5）單刀雙擲開關(guān)不能改變電壓，不符合題意．
（6）電源電壓是3V，電壓表的量程是0-3V，電路中最大電流是0.6A，電流表的量程是0-0.6A．
故答案為：（1）a、滑動(dòng)變阻器阻值偏小，不能使20Ω電阻接入電路時(shí)電壓保持1.5V．
b、將“15Ω lA”的滑動(dòng)變阻器更換為“50Ω lA”的滑動(dòng)變阻器．
（2）

點(diǎn)評：（1）研究電流跟電阻的關(guān)系時(shí)，能選擇電流表、電壓表的量程；選擇滑動(dòng)變阻器的規(guī)格，合適的電源．
（2）正確掌握歐姆定律的電流跟電壓、電阻的關(guān)系．導(dǎo)體兩端的電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比，在電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電壓成正比．
（3）串聯(lián)電路電阻起分擔(dān)電壓的作用，并聯(lián)電路的電阻起分擔(dān)電流的作用．