Question

15．圖甲是某同學(xué)探究電流與電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)電路．已知電源電壓恒為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）該同學(xué)根據(jù)圖甲連接的實(shí)物電路如圖乙所示，其中有一根導(dǎo)線連接是錯(cuò)誤的，請(qǐng)?jiān)趫D乙中將這根導(dǎo)線打上“×”，并補(bǔ)畫(huà)出正確的連線．
（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0，電壓表示數(shù)接近4.5V，電路發(fā)生的故障可能是定值電阻斷路．
（3）電路連接正確后，先用5Ω定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，此時(shí)電流表示數(shù)如圖丙所示，則電路中的電流為0.4A．再將5Ω定值電阻換成10Ω定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，向右（選填“左”、“右”）移動(dòng)滑片直至電壓表為2V，并記錄電流表示數(shù)．
（4）該同學(xué)還想多測(cè)量幾組數(shù)據(jù)，但是他不能選用的定值電阻是20Ω、25Ω和30Ω．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)注意將電壓表與電阻并聯(lián)，變阻器串聯(lián)在電路中；
（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0，電路可能斷路；電壓表示數(shù)接近4.5V，說(shuō)明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的電阻之外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的電阻斷路了；
（3）由圖丙確定電流表的量程和分度值，讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)歐姆定律求電壓；探究電流與電阻的關(guān)系，需保持不同定值電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)和分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求變阻器分得的電壓，當(dāng)變阻器連入電路中電阻最大時(shí)，根據(jù)分壓原理求出定值電阻的最大值．

解答 解：
（1）由圖知，變阻器與電阻并聯(lián)，且電壓表串聯(lián)在電路中了，應(yīng)將電壓表與電阻并聯(lián)，可將電阻右側(cè)的導(dǎo)線接在電壓表的負(fù)接線柱上，如下圖所示：

（2）電流表示數(shù)為0，電路可能斷路；電壓表示數(shù)接近4.5V，說(shuō)明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的電阻之外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的定值電阻斷路了；
（3）由圖丙知，電流表的量程為0～0.6A，示數(shù)為0.4A；
電阻兩端的電壓為U=IR=0.4A×5Ω=2V，將5Ω的定值電阻換成10Ω定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由分壓原理，電壓表示數(shù)變大；因探究電流與電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保持電阻兩端的電壓為2V不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)增大變阻器分得的電壓，由分壓原理，應(yīng)增大變阻器連入電路中的電阻大小，所以應(yīng)向右移動(dòng)滑片直至電壓表示數(shù)為2V；
（3）由以上分析知，實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)保持定值電阻兩端的電壓為2V不變，變阻器分得的電壓為4.5V-2V=2.5V，定值電阻的電壓是變阻器電壓的 $\frac{2V}{2.5V}$=0.8倍；根據(jù)分壓原理，定值電阻的阻值應(yīng)為變阻器阻值的0.8倍，因變阻器的最大阻值為20Ω，則定值電阻允許接的最大電阻值為0.8×20Ω=16Ω，而20Ω、25Ω和30Ω均大于16Ω，所以不可以使用．
故答案為：
（1）見(jiàn)上圖；（2）定值電阻斷路；（3）0.4；右；2；（4）20Ω、25Ω和30Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題探究電流與電阻的關(guān)系，考查電路的連接、故障的分析、操作過(guò)程、器材的選用及控制變量法的應(yīng)用，為中考的熱點(diǎn)問(wèn)題．