Question

2．在“探究一定電壓下，電流與電阻的關(guān)系”的實驗中，老師提供的實驗器材有：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一個，開關(guān)一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動變阻器（規(guī)格分別為“20Ω  2A”、“50Ω 1A”），導線若干．
（1）請根據(jù)圖甲的電路圖用筆畫線將圖乙實物圖連接完整（注意電流表的量程選擇，并且要求滑動變阻器向右移動時，電路中的電流變大）．

（2）實驗前，開關(guān)必須斷開，滑動變阻器必須移到E處（此空選填：“E或者F”）．
（3）小李實驗時，在c、b間先接入5Ω的電阻，閉合開關(guān)，移動滑片P，使電壓表的示數(shù)為1.5V，并記下相應的電流值；再改接10Ω的電阻，此時滑片P應向左（選填“左”或“右”）端移動，小李移動變阻器滑片P的目的是：使定值電阻兩端的電壓保持不變．
（4）電路連接無誤后，閉合開關(guān)，電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電壓表指針有偏轉(zhuǎn)，請幫她找出故障的原因（填下列故障原因的代號）C
A．電阻R短路    B．滑動變阻器短路      C．電阻R斷路     D滑動變阻器斷路
（5）小李為完成用四個定值電阻進行實驗，他應選擇的滑動變阻器規(guī)格是“50Ω1A”．
（6）若要探究電流與電壓的關(guān)系，應控制電阻的阻值不變，這種科學探究方法叫做控制變量法．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電流表與電阻R串聯(lián)，可根據(jù)電壓表的量程和最小定值電阻的阻值確定電路中的最大電流；然后根據(jù)電流從正接線流入，負接線柱流出將電流表接入電路中．
（2）在連接電路時開關(guān)應處于斷開狀態(tài)，滑動變阻器的滑片應處于最大值，以免接錯，電流過大燒壞用電器．
（3）將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，電路中的總電阻變大，電路中的電流減小，滑動變阻器兩端的電壓減小，電壓表的示數(shù)變大；要探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，為保證電阻兩端的電壓不變，要通過調(diào)節(jié)滑片，使滑動變阻器兩端的電壓變大，從而使電阻兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼闹担?br />（4）電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電路斷路，電壓表有偏轉(zhuǎn)，電壓表與電源接通，電阻斷路．
（5）判斷滑動變阻器的使用規(guī)格，同時要考慮滑動變阻器的電阻和允許通過的最大電流．
（6）探究電流與電壓的關(guān)系，根據(jù)控制變量法和影響電流的因素，作出正確的分析．

解答 解：（1）電路中的最大電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{4.5V}{5Ω}$=0.9A；則電流表的量程為0～3A；故將電流表“0～3A”的接線柱與開關(guān)的右接線柱相連，“-”接線柱與電阻絲的b接線柱相連；滑動變阻器向右移動時，電路中的電流變大，電阻變小，可知滑動變阻器的E接線柱與電源負極相連，如圖所示：

（2）為避免接錯線路，電流過大燒壞用電器，在連接電路時開關(guān)應處于斷開狀態(tài)，滑動變阻器的滑片應處于最大值E處．
（3）將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，串聯(lián)電路的總電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流變小，滑動變阻器分得的電壓變小，電阻分得的電壓變大；要探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，所以應調(diào)節(jié)滑片向F移動，增大滑動變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數(shù)達到1.5V時，讀取電流表示數(shù)．因此小李移動變阻器滑片P的目的保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變．
（4）電路連接無誤后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)，則電路發(fā)生的故障可能是電阻R斷路；
（5）當20Ω的電阻接入a、b間時，要控制電壓表的示數(shù)為1.5V不變，則滑動變阻器兩端的電壓為4.5V-1.5V=3V，
電路中的電流為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，
滑動變阻器接入電路中的阻值為R_滑=$\frac{U′}{I}$=$\frac{3V}{0.075A}$=40Ω，
若選用規(guī)格為“20Ω，2A”滑動變阻器，無論怎樣移動滑片P，電壓表的示數(shù)始終無法達到1.5V；因此需要選擇“50Ω 1A”的滑動變阻器．
（6）在本實驗中，因影響電流的因素可能有：導體兩端的電壓和阻值，若探究電流與電壓的關(guān)系，應控制電阻的阻值不變，在研究電流跟電阻的關(guān)系時，應保持電阻兩端的電壓不變，這種研究問題的方法叫做控制變量法．
故答案為：（1）見解答圖；
（2）斷開；E；
（3）左；使定值電阻兩端的電壓保持不變；
（4）C；
（5）“50Ω 1A”；
（6）電阻的阻值；控制變量法．

點評 本題考查了探究電流跟電阻關(guān)系的實驗，探究的方法是控制變量法；并且能夠根據(jù)題目數(shù)據(jù)選擇合適的滑動變阻器，不但考慮滑動變阻器允許通過的電流，也要考慮滑動變阻器的電阻．電路電流不能超過滑動變阻器允許通過的最大電流，滑動變阻器最大電阻稍大于電路需要的電阻，這樣，滑動變阻器既能滿足電路要求，也能使電路準確獲得需要的數(shù)據(jù)．