Question

13．李明和小亮利用如圖（甲）所示的電路探究“電流與電阻的關(guān)系”．已知電源電壓為6V且保持不變，實(shí)驗(yàn)用到的滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“30Ω 1A”，定值電阻R的阻值分別為10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．
（1）李明根據(jù)圖（甲）所示電路圖，將圖（乙）中的實(shí)驗(yàn)器材連接成實(shí)驗(yàn)電路，小亮在檢查時(shí)認(rèn)為，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩砜�，�?shí)驗(yàn)電路上有一根導(dǎo)線連接錯(cuò)了，建議李明改線．
①請(qǐng)?jiān)诮渝e(cuò)的那根線上打“×”；②另畫一根導(dǎo)線，使電路連接正確；
③如果不改接這根導(dǎo)線，對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響是：測(cè)不出電阻R兩端的電壓（具體說明是什么影響）．

（2）小亮連完最后一根導(dǎo)線后就發(fā)現(xiàn)兩個(gè)表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且指針總在晃動(dòng)，造成上述現(xiàn)象的原因分別是連接電路時(shí)開關(guān)未斷開、電路某處接觸不良．
（3）排除故障后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V，讀出并記下電流值；再將5Ω的電阻改接成10Ω的電阻，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)大于2.5V（選填“大于”“等于”或“小于”），于是他下一步的操作是：將滑動(dòng)變阻器的滑片向右（填“左”或“右”）移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2.5V并記下電流值；再改接20Ω的電阻，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)．分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的結(jié)論是在電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
（4）實(shí)驗(yàn)中，若保持電壓表的示數(shù)為2.5V不變，將定值電阻R的阻值由20Ω更換為25Ω時(shí)，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表示數(shù)都不能為設(shè)定值；這是因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器最大阻值太�。疄榱耸箤�(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌�完成，在保證現(xiàn)有器材不變的情況下，寫出一個(gè)解決問題的方法是減小電源電壓或換最大阻值較大的滑動(dòng)變阻器等．
（5）李明在實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)變阻器的滑片到某位置，保持電壓表的示數(shù)為2.5V，電流表的指示如圖（丙）所示，則電流表的讀數(shù)是0.25A，連接電路的電阻R的阻值是10Ω．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，電流表測(cè)通過R_x的電流，電壓表測(cè)R_x和電流表兩端的電壓之和，實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓表應(yīng)測(cè)R_x兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律分析圖3電路圖對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；
（2）在連接電路的過程中開關(guān)應(yīng)該斷開，且使變阻器處于最大阻值狀態(tài)．
（3）探究“電流跟電壓、電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)的是考查控制變量法，研究電流跟電壓關(guān)系時(shí)，控制電阻不變，研究電流跟電阻關(guān)系時(shí)要保持電壓不變．在連接電路的過程中開關(guān)應(yīng)該斷開，且使變阻器處于最大阻值狀態(tài)．
（4）要探究電流與電阻的關(guān)系，需要改變接入電路的定值電阻的阻值，同時(shí)保持兩端電壓一定；定值電阻變化，兩端電壓相應(yīng)變化，要保持電阻兩端電壓不變，就要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，調(diào)整接入電路的阻值大��；
當(dāng)定值電阻R的阻值由20Ω換成25Ω時(shí)，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值．
（5）分清電壓表與電流表的量程與分度值，讀出指針指示的數(shù)值，然后利用公式R=$\frac{U}{I}$計(jì)算電阻．

解答 解：（1）由電路圖可知，電壓表并聯(lián)在電阻與滑動(dòng)變阻器的兩端，電壓表連接錯(cuò)誤，應(yīng)并聯(lián)在R_x兩端，電路圖如圖所示：

圖中電流表的是準(zhǔn)確的，電壓表示數(shù)會(huì)偏大，由R=$\frac{U}{I}$可知，實(shí)驗(yàn)中測(cè)出R_x的阻值偏大；
（2）連接電路的過程中應(yīng)該斷開開關(guān)，檢查無誤后方可閉合開關(guān)；小剛連完最后一根導(dǎo)線后就發(fā)現(xiàn)兩個(gè)表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明連接電路時(shí)開關(guān)是閉合的，指針總在晃動(dòng)，說明某處接觸不良．
（3）排除故障后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V，讀出并記下電流值；再將5歐的電阻改接成10歐的電阻，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)大于2V，要想保持電壓不變，他下一步的操作是：將滑動(dòng)變阻器的滑片向右移，使電壓表的示數(shù)為2.5V，并記下電流值；再改接20歐的電阻，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)．此實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論是：在電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
（4）實(shí)驗(yàn)中，若保持電壓表的示數(shù)為2.5V不變，當(dāng)定值電阻R的阻值由20Ω換成25Ω時(shí)，
電路中的電流：I′=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2.5V}{25Ω}$=0.1A，
滑動(dòng)變阻器的阻值：R_滑′=$\frac{U-{U}_{R}}{I′}$=$\frac{6V-2.5V}{0.1A}$=35Ω＞30Ω，
由此可知，滑動(dòng)變阻器的最大阻值太小，不能達(dá)到分壓要求；
為了使實(shí)驗(yàn)順利完成，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器的最大阻值，在保證現(xiàn)有器材不變的情況下，可將其他任意一定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，等效為一個(gè)阻值更大的滑動(dòng)變阻器，即方法為：將其他任意一定值電阻串聯(lián)在電路中，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使得電壓表的示數(shù)為2.5V不變，讀出電流表的示數(shù)即可．
（5）由圖知：電流表采用量程是0～0.6A，分度值是0.02A；所以電壓U=2.5V，電流I=0.25A；根據(jù)歐姆定律得：R_x=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω．
故答案為：（1）如圖；測(cè)不出電阻R兩端的電壓；（2）連接電路時(shí)開關(guān)未斷開；電路某處接觸不良；（3）大于；右；電壓表的示數(shù)為2.5V；在電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比；（4）滑動(dòng)變阻器最大阻值太��；減小電源電壓或換最大阻值較大的滑動(dòng)變阻器等；（5）0.25；10．

點(diǎn)評(píng) 本題是“伏安法”測(cè)定電阻阻值的實(shí)驗(yàn)，考查了電壓表的連接，滑動(dòng)變阻器的作用，電流表、電壓表的讀數(shù)及電阻的計(jì)算，同時(shí)考查了減小誤差的方法和實(shí)驗(yàn)誤差的分析，必須對(duì)歐姆定律有深入的理解．