Question

11．小青學(xué)習(xí)小組在“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“15Ω2A”“30Ω1A”），導(dǎo)線若干．實驗電路如圖甲．

（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙中實物連接完整；
（2）閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)移到F端（選填“E”或“F”）；
（3）小青實驗時，在a、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2Ⅴ，并記下相應(yīng)的電流值；再改接10Ω的電阻，此時滑片P較接入5Ω電阻時應(yīng)向F（選填“E”或“F”）端移動，小青移動變阻器滑片P的目的是：調(diào)節(jié)定值電阻兩端電壓保持不變；
（4）小青要在題③基礎(chǔ)上完成探究活動，她選擇的滑動變阻器規(guī)格應(yīng)是30Ω 1A．

Answer 1

分析 （1）本實驗中滑動變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)接入電路中；
（2）閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)移到最大值處；
（3）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，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理分析將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時滑片的移動方向；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算變阻器的規(guī)格．

解答 解：（1）探究電流與電阻的關(guān)系的實驗中變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)接入電路中，如圖所示：

（2）為了保護電路，閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)移到最大值F端；
（3）導(dǎo)體中電流與電壓和電阻有關(guān)，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，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理，將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻后其電壓將增大，為使其電壓保護2V不變，需要增大變阻器分得電壓，故應(yīng)將滑片F(xiàn)端移動，直到電壓表示數(shù)為2V為止．由此可知移動滑片的作用是：調(diào)節(jié)定值電阻兩端電壓保持不變；
（4）串聯(lián)電路中電流處處相等，所以I_滑=I_ab，
由I=$\frac{U}{R}$得：$\frac{U-{U}_{ab}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{ab}}{{R}_{ab}}$，
當ab間接入20Ω電阻時有：$\frac{4.5V-2V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{20Ω}$，
解得：R_滑=25Ω，
此時電路中電流：I=$\frac{{U}_{ab}}{{R}_{ab}}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，所以為了完成實驗應(yīng)選擇30Ω 1A的滑動變阻器．
故答案為：（1）如上圖；（2）F；（3）F；調(diào)節(jié)定值電阻兩端電壓保持不變；（4）30Ω 1A．

點評 本題考查探究電流跟電阻關(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)．