Question

4．某同學(xué)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材探究“電流與電阻的關(guān)系”，電源電壓恒為3V，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“20Ω，2A”字樣，阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值電阻各一個(gè)． 

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路補(bǔ)充完整．
（2）該同學(xué)將5Ω定值電阻接入電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)而電壓表無示數(shù)，則電路中的故障可能是定值電阻R₁短路（寫出一種）；排除故障后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)電路中的電流為0.36A．
（3）將5Ω定值電阻換成10Ω定值電阻，閉合開關(guān)，為了保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A（選填“A”或“B”）移動(dòng)，記錄此時(shí)各表的示數(shù)．
（4）將10Ω定值電阻換成20Ω定值電阻，重復(fù)步驟（3）；實(shí)驗(yàn)記錄的多組數(shù)據(jù)如下表所示．分析數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	定值電阻（Ω）	電流表示數(shù)（A）
1	5
2	10	0.18
3	20	0.09

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，該同學(xué)問老師在此實(shí)驗(yàn)中能否換用50Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？老師指導(dǎo)該同學(xué)分析了不能更換的原因．你認(rèn)為其原因是滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，無法保持電壓表示數(shù)為1.8V．

Answer 1

分析 （1）電壓表與電阻并聯(lián)，電流表、滑動(dòng)變阻器與電阻串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器要接一上一下；
（2）根據(jù)電流表有示數(shù)，則電路沒有發(fā)生斷路，電壓表有示數(shù)，則說明電阻兩端無電壓，可能與電壓表并聯(lián)的電路短路；根據(jù)電流表的量程和分度值讀出電流值；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)，換接電阻后，應(yīng)保持電壓表的示數(shù)不變，根據(jù)串分壓的知識(shí)判斷滑片的移動(dòng)方向；
（4）電流與電阻的關(guān)系：電壓一定，電流與電阻成反比；
（5）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)確定定值電阻兩端的電壓，由歐姆定律及串聯(lián)電路的電壓規(guī)律求出若換用50Ω的定值電阻時(shí)所需滑動(dòng)變阻器的阻值，結(jié)合變阻器的規(guī)格便可得出結(jié)論．

解答 解：（1）電壓表與電阻并聯(lián)，由于電源電壓為3V，所以應(yīng)選擇0～3V的量程；滑動(dòng)變阻器已接了下面一個(gè)接線柱，可再接上面任意一個(gè)接線柱，如圖所示：

（2）電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)部分發(fā)生短路，或定值電阻R₁短路；
由乙圖知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.36A；
（3）將5Ω電阻換成10Ω后，電壓表的示數(shù)會(huì)變大，所以應(yīng)該增大滑動(dòng)變阻器的阻值，即應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A移動(dòng)，使電壓表仍為原來的示數(shù)不變；
（4）電流和電阻的關(guān)系為：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體中的電流與電阻成反比；
（5）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可知，電阻兩端的電壓為：
U=IR=0.18A×10Ω=1.8V；
當(dāng)定值電阻為50Ω時(shí)，
因?yàn)?\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
即$\frac{1.8V}{3V-1.8V}$=$\frac{50Ω}{{R}_{滑}}$，
解得：R_滑≈33.3Ω
由于滑動(dòng)變阻器的最大阻值為20Ω，無法保持定值電阻兩端電壓始終為1.8V．
故答案為：（1）如圖所示；（2）定值電阻R₁短路；0.36；（3）電壓；A；（5）反；（6）滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，無法保持電壓表示數(shù)為1.8V．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究電流和電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，考查了控制變量法的應(yīng)用，同時(shí)考查了電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器的接法，考查了電流表的讀數(shù)及電阻的計(jì)算，涉及到了串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系及歐姆定律的靈活應(yīng)用．