Question

16．圖（一）甲是小明“探究電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)電路．己知電源電壓恒為4.5V，滑動(dòng)變阻器規(guī)格為“20Ω  1A”，可供選擇的定值電阻的阻值為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω和30Ω．

（1）小明根據(jù)圖甲連接的實(shí)物電路如圖（一）乙所示，其中一根導(dǎo)線連接是錯(cuò)誤的，請(qǐng)?jiān)趫D（一）乙中將這根線打上“×”，并補(bǔ)畫出正確的連線．
（2）電路連接正確后，先用5Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖（一）丙所示，則電路中的電流為0.4A；再將5Ω的定值電阻換成10Ω定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，移動(dòng)滑片直至電壓表示數(shù)為2V，并記錄電流表的示數(shù)．
（3）小明還想利用該電路多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，但他發(fā)現(xiàn)還能夠選用的只有阻值為15Ω的定值電阻器．
（4）小明觀察其他小組的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，他們所用的干電池的電壓并不穩(wěn)定，向老師請(qǐng)教后得知，“干電池內(nèi)部其實(shí)是有電阻的，分析電路時(shí)可以把干電池看成是由一個(gè)電壓為U、電阻為0的理想電源與一個(gè)電阻值為r的電阻串聯(lián)而成”，如圖（二）甲所示．在老師指導(dǎo)下，小明設(shè)計(jì)了圖（二）乙所示的電路來(lái)測(cè)量一節(jié)干電池內(nèi)部的電阻．

a．按照?qǐng)D（二）乙連接電路時(shí)，閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)位于最左（“左”或“右”）端；
b．根據(jù)實(shí)驗(yàn)中電壓表和電流表的讀數(shù)繪出U-I圖象如圖（二）丙所示，變阻器的最大阻值為13Ω，
當(dāng)電流表示數(shù)如圖二（�。┧�示時(shí)電壓表示數(shù)U=1.1V；
c．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得這節(jié)干電池內(nèi)部電阻r=2Ω；．
d．根據(jù)小明研究的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路中的電流越大，干電池對(duì)外提供的電壓就越小 （“大”或“小”）．

Answer 1

分析 （1）電壓表應(yīng)并聯(lián)在定值電阻兩端；
（2）根據(jù)圖一（丙）讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)電壓表的示數(shù)，探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保不同電阻的電壓大小不變；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理，求出定值電阻允許的最大值，據(jù)此作答；
（4）a、閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻應(yīng)最大；
b、根據(jù)圖（二）丙，結(jié)合圖（二）乙，求出滑動(dòng)變阻器的最大值；根據(jù)圖二（�。╇娏鞅硇×砍套x數(shù)，由圖（二）丙找出對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)；
c、根據(jù)歐姆定律求出電路的總電阻，由串聯(lián)電阻的規(guī)律求出電池的內(nèi)阻；
d、分析圖二（丙）得出結(jié)論．

解答 解：（1）原電路中電壓表串聯(lián)在電路中，變阻器與定值電阻并聯(lián)了．將連接電流表負(fù)接線柱與定值電阻右接線柱之間的連線改接在定值電阻的右接線柱與電壓表的左接線柱之間，如下圖所示：

（2）圖一（丙）中，電流表小量程分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A，電壓表的示數(shù)U=IR=0.4A×5Ω=2V；探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保不同電阻的電壓大小不變，所以，移動(dòng)滑片直至電壓表示數(shù)為2V，并記錄電流表的示數(shù)；
（3）因保持定值電阻電壓為2V不變，所以變阻器要分去的電壓為4.5V-2V=2.5V，定值電阻的電壓是變阻器電壓的$\frac{2V}{2.5V}=\frac{2}{2.5}$，根據(jù)分壓原理，定值電阻的大小是變阻器阻值的$\frac{2}{2.5}$倍，因變阻器的最大阻值為20Ω，所以定值電阻的最大值為$\frac{2}{2.5}$×20Ω=16Ω，因5Ω、10Ω的電阻已選用，所以還能夠選用的只有阻值15Ω的定值電阻；
（4）a、閉合開關(guān)前，為保護(hù)電路，滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻應(yīng)最大，即滑片移動(dòng)到左端；
b、由圖（二）乙所示，電壓表測(cè)變阻器的電壓，電流表測(cè)通過變阻器的電流，因變阻器與電源的內(nèi)阻r串聯(lián)，根據(jù)分壓原理，當(dāng)電壓表示數(shù)最大時(shí)，變阻器連入電路中的阻值最大，由圖（二）丙電壓表和電流表的讀數(shù)繪出的U-I圖象知，當(dāng)電壓表最大示數(shù)為1.3V時(shí)，通過的電流為0.1A，則變阻器的最大阻值
R=$\frac{{U}_{大}}{I}=\frac{1.3V}{0.1A}$=13Ω；
根據(jù)根據(jù)圖二（丙）知，電流表選用小量程，圖二（丁）電流表小量程分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A，由圖丙知，對(duì)應(yīng)的電壓為1.1V；
c、因一節(jié)干電池的電壓為1.5V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，當(dāng)變阻器連入電阻中阻值最大時(shí)，電流中的電流為0.1A，則此時(shí)電阻中的總電阻R_總=$\frac{U}{I}=\frac{1.5V}{0.1A}$=15Ω，根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律，則電池的內(nèi)阻r=15Ω-13Ω=2Ω；
d、由圖二（丙）可知，實(shí)驗(yàn)電路中的電流越大，電壓表示數(shù)即對(duì)外提供的電壓越�。�
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）0.4；2；
（3）15；
（4）a、左；b、13；1.1；c、2；d、�。�

點(diǎn)評(píng) 本題探究電流與電阻的關(guān)系，考查電路的連接、操作過程、控制變量的運(yùn)用、器材的選等知識(shí)；在對(duì)電池的內(nèi)阻研究中，主要考查了讀圖、識(shí)圖能力，歐姆定律、串聯(lián)電阻的規(guī)律等知識(shí)，綜合性細(xì)，難度大，并體現(xiàn)了與高中知識(shí)銜接的思想．