Question

12．科學(xué)興趣小組的同學(xué)們在探究“電流與電阻的關(guān)系”的實驗中，設(shè)計了如圖所示的電路．已知電源電壓為4.5V保持不變，所給的定值電阻的阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω、40Ω，不同的定值電阻兩端的控制電壓恒為2.5V．
（1）他們在電路連接好后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，電流表有明顯示數(shù)，且電路中只有一處故障，則故障原因可能是R₁短路．
（2）實驗中，他們將10Ω的定值電阻換成20Ω的定值電阻后，同時應(yīng)將滑動變阻器R₂的滑片P向右端移動到適當(dāng)位置．（選填“A”或“B”）
（3）為了使所給的四個定值電阻都能進(jìn)行實驗，滑動變阻器R₂的最大阻值至少應(yīng)為32Ω．

Answer 1

分析 （1）閉合開關(guān)，電流表有明顯示數(shù)，說明電路為通路，根據(jù)電壓表無示數(shù)，且電路中只有一處故障分析故障原因；
（2）根據(jù)控制變量法，研究電流與電阻的關(guān)系時，需控制定值電阻的電壓相同，當(dāng)換上大電阻時，根據(jù)分壓原理確定電壓表示數(shù)的變化，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合分壓原理確定滑片移動的方向；
（3）據(jù)控制變量法，研究電流與電阻的關(guān)系時，需控制定值電阻的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，求出變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理求出當(dāng)最大的定值電阻40Ω接入電路中時，變阻器連入電路中的電阻，據(jù)此確定變阻器的規(guī)格．

解答 解：（1）閉合開關(guān)，電流表有明顯示數(shù)，說明電路為通路，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，且電路中只有一處故障，則故障原因可能是：R₁短路；
（2）根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知，將定值電阻R₁由10Ω改接成20Ω的電阻，電阻增大，其分得的電壓增大；
探究電流與電阻的實驗中應(yīng)控制電壓不變，應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可知應(yīng)增大滑動變阻器分得的電壓，由分壓原理，應(yīng)增大滑動變阻器連入電路中的電阻，所以滑片應(yīng)向右端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5V不變；
（3）根據(jù)控制變量法，研究電流與電阻的關(guān)系時，需控制定值電阻的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U_表=4.5V-2.5V=2.0V，變阻器的電壓是電壓表示數(shù)的$\frac{2.0V}{2.5V}$=0.8倍，根據(jù)分分壓原理，當(dāng)最大的定值電阻40Ω接入電路中時，變阻器連入電路中的電阻為：
R_滑=0.8×40Ω=32Ω，故為了使所給的四個定值電阻都能進(jìn)行實驗，滑動變阻器R₂的最大阻值至少應(yīng)為32Ω．
故答案為：（1）R₁短路； （2）B；  （3）32．

點評 本題探究“電流與電阻的關(guān)系”，考查故障分析、操作過程及對器材的要求．