Question

15．在“探究一定電壓下，電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，老師提供的實(shí)驗(yàn)器材有：電源（電壓恒為6V），電流表、電壓表一個(gè)各一個(gè)，四個(gè)定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動(dòng)變阻器（規(guī)格分別為“20Ω 1A”、“50Ω 0.5A”），導(dǎo)線若干．

（1）如圖1是小明連接的實(shí)物電路，圖中有一根導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，請(qǐng)你在連接錯(cuò)誤的導(dǎo)線上打“×”并補(bǔ)畫出正確的連線．
（2）電路連接正確后，閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)置于A端（選填“A”或“B”）．
（3）閉合開關(guān)S，無論如何移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)幾乎為零，電壓表示數(shù)約為6V，此時(shí)，電路出現(xiàn)的故障可能是定值電阻R開路；小明排出故障后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)．
（4）小明先將5Ω電阻接入電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表示數(shù)為2V，電流表示數(shù)如圖2所示為0.4A；再將5Ω的電阻更換為10Ω電阻，此時(shí)電流表示數(shù)為0.3A，小明發(fā)現(xiàn)電流與電阻不成反比，原因是未調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使定值電阻兩端的電壓保持不變．接下來的操作是：應(yīng)將滑動(dòng)變阻器適當(dāng)向A（選填“A”或“B”）移動(dòng)，直到電壓表示數(shù)為2V，同時(shí)記下電流表的示數(shù)．
（5）若完成用四個(gè)定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他應(yīng)該選擇的滑動(dòng)變阻器規(guī)格是“50Ω 0.5A”．
（6）同組小華從其他組借來30Ω電阻替換R時(shí)，無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，都不能使電壓表示數(shù)為2V，分析其可能的原因滑動(dòng)變阻器的最大阻值太�。ɑ蚨ㄖ惦娮鑳啥说碾妷罕３痔�低或電源電壓太高）．（答出一種情況即可）

Answer 1

分析 （1）在實(shí)物連接圖中找到錯(cuò)誤之處：主要分析電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器的正確使用，從電壓表和電流表的正負(fù)接線柱、量程、連接方式，滑動(dòng)變阻器的接線柱和連入方式上逐條分析；
（2）閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片移至最大阻值處；
（3）電流表示數(shù)為零，可能是電流表斷路或短路或電流表之外電路斷路；電壓表有明顯偏轉(zhuǎn)，說明電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路；
移動(dòng)滑片電壓表示數(shù)幾乎不變，可能是滑動(dòng)變阻器同時(shí)接上面兩個(gè)或下面兩個(gè)接線柱，或電路斷路，電壓表直接接在電源兩端，綜合分析可知故障原因是與電壓表并聯(lián)的電阻R斷路；
（4）電流表讀數(shù)：首先確定使用的量程，然后確定每一個(gè)大格和每一個(gè)小格代表的示數(shù)；
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，是通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片實(shí)現(xiàn)的；
當(dāng)換接阻值更大的電阻后，電阻兩端的電壓會(huì)增大，然后確定滑動(dòng)變阻器的阻值變化，得出滑片的移動(dòng)方向；
（5）由歐姆定律求出最大阻值的滑動(dòng)變阻器接入電路時(shí)的電路電流，然后由串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律求出此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，然后選擇滑動(dòng)變阻器；
（6）根據(jù)串分壓的知識(shí)結(jié)合歐姆定律分析造成現(xiàn)象的原因．

解答 解：（1）由圖可知，電流表與定值電阻并聯(lián)了，電壓表串聯(lián)在電路中了，應(yīng)將電流表與定值電阻串聯(lián)，電壓表應(yīng)并聯(lián)在定值電阻兩端，
將電流表正接線柱的導(dǎo)線與定值電阻右端相連的導(dǎo)線去掉，將定值電阻右端接線柱與電壓表的負(fù)接線柱相連，如下圖所示：

（2）為了保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)位于最大阻值處；
由圖知，滑動(dòng)變阻器的下面接了右下端的B接線柱，所以閉合開關(guān)前，要將滑動(dòng)變阻器滑片移至A端，使其阻值最大．
（3）開關(guān)閉合后，電流表示數(shù)幾乎為零，說明電路是開路；電壓表示數(shù)約為6V，說明電壓表通過電流表和滑動(dòng)變阻器與電源兩極相連，因此是定值電阻R開路．
（4）電流表選擇0～0.6A量程，每一個(gè)大格代表0.2A，每一個(gè)小格代表0.02A，電流表示數(shù)為0.4A．
小明在做“探究電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑片P滑至阻值最大處后，閉合開關(guān)S就直接讀出了電流表的示數(shù)，這種操作是錯(cuò)誤的；
他沒有明確實(shí)驗(yàn)的目的，要探究電流與電阻的關(guān)系，必須通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，來控制電阻兩端的電壓不變．
在滑動(dòng)變阻器的電阻值Rp不變的情況下，電路中由于將5Ω的定值電阻換成10Ω的定值電阻，使整個(gè)電路的總電阻增大，
利用公式I=$\frac{U}{R}$可知，電路中的總電流減小，根據(jù)U=IR可知，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓的減小，
根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各分電壓之和可知，定值電阻兩端的電壓變大，
要使電壓表的示數(shù)不變，只能減小電路中的電流，所以要使電路中的電阻增大，即滑片P向A端移動(dòng)增大電阻．
（5）當(dāng)20Ω的電阻接入電路時(shí)，電路電流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，
此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，
滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4V}{0.1A}$=40Ω，
則應(yīng)選規(guī)格為“50Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器．
（6）換接30Ω電阻時(shí)，根據(jù)串分壓的知識(shí)，電壓表的示數(shù)變大，為使電壓表的示數(shù)不變，所需滑動(dòng)變阻器的阻值更大，
電壓表的示數(shù)無法達(dá)到2V，可能是滑動(dòng)變阻器的最大阻值太�。ɑ蚨ㄖ惦娮鑳啥说碾妷罕３痔�低或電源電壓太高）．
故答案為：（1）見上圖；
（2）A；
（3）定值電阻R開路；
（4）0.4；未調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使定值電阻兩端的電壓保持不變；A；
（5）“50Ω 0.5A”；
（6）滑動(dòng)變阻器的最大阻值太�。ɑ蚨ㄖ惦娮鑳啥说碾妷罕３痔�低或電源電壓太高）．

點(diǎn)評(píng) 本題是“探究一定電壓下，電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，考查了電路的連接、電路故障的判斷、滑動(dòng)變阻器使用及選擇等，屬該實(shí)驗(yàn)的常見問題，應(yīng)熟練掌握．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)控制定值電阻兩端的電壓不變，應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律是解題的關(guān)鍵．