Question

2．在“探究一定電壓下，電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，老師提供的實(shí)驗(yàn)器材有：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，四個(gè)定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動(dòng)變阻器（規(guī)格分別為“20Ω2A”、“50Ω1A”），導(dǎo)線若干．

（1）請(qǐng)根據(jù)圖甲的電路圖用筆畫線將圖乙實(shí)物圖連接完整（注意電流表的量程選擇）．
（2）為了保護(hù)電路，在閉合開關(guān)前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)至最大阻值處．
（3）小李實(shí)驗(yàn)時(shí)，在a、b間先接入5Ω的電阻，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P，使電壓表的示數(shù)為1.5V，并記下相應(yīng)的電流值為0.3A；斷開開關(guān)，將5Ω的定值電阻拆下，換上10Ω的電阻后，立即觀察電流表，則其示數(shù)可能為D
A、0.15A         B、0.3A         C、0.1A         D、0.18A
（4）為了使實(shí)驗(yàn)正確完成，在第（3）問中應(yīng)將滑片P應(yīng)向F（選填“E”或“F”）端移動(dòng)，小李移動(dòng)變阻器滑片P的目的是：保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變．
（5）小李為完成用四個(gè)定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他應(yīng)選擇的滑動(dòng)變阻器規(guī)格是“50Ω 1A”．
（6）小李同學(xué)完成了此實(shí)驗(yàn)后，將R換成一個(gè)小燈泡，將其改成了一個(gè)可以調(diào)節(jié)燈泡亮度的電路．小李在此過程中操作正確，但閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，此時(shí)你認(rèn)為小李同學(xué)應(yīng)該如何操作：減小滑動(dòng)變阻器的阻值．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電流表與電阻R串聯(lián)，可根據(jù)電壓表的量程和最小定值電阻的阻值確定電路中的最大電流；然后根據(jù)電流從正接線流入，負(fù)接線柱流出將電流表接入電路中．
（2）為保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片移至最大阻值處；
（3）將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時(shí)，電路中的總電阻變大，電路中的電流減小，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓減小，電壓表的示數(shù)變大，從而可判斷出電流的范圍；
（4）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，由于此時(shí)電壓表的示數(shù)大于1.5V，所以應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器的阻值，使電阻兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼闹担?br />（5）根據(jù)串分壓的知識(shí)，要保持電阻兩端的電壓不變，可根據(jù)最大的電阻值計(jì)算出所需滑動(dòng)變阻器的電阻值，判斷滑動(dòng)變阻器的使用規(guī)格，同時(shí)要考慮滑動(dòng)變阻器的電阻和允許通過的最大電流．
（6）燈泡不發(fā)光可能是由于其實(shí)際功率太小造成．

解答 解：（1）原圖中已經(jīng)選擇0-3V電壓表，為了電壓表的安全，電阻兩端的電壓不可能大于3V，因此，電流不可能大于$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A；另外題目中保持電壓為1.5V不變，這樣電路中的電流最大也就是$\frac{1.5V}{5Ω}$=0.3A，最小$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，因此，選擇0.6A是最合適的，選擇3A的量程太大，不便于讀出數(shù)據(jù)！故將電流表“0.6”的接線柱與開關(guān)的右接線柱相連，“-”接線柱與電阻絲的b接線柱相連；如圖所示：

（2）開關(guān)閉合前，應(yīng)將滑片移至最大阻值處，這樣才能起到保護(hù)電路的作用；
（3）將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時(shí)，串聯(lián)電路的總電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流變小，所以電流表示數(shù)將小于0.3A；
將5Ω換為10Ω后，電阻兩端的電壓將大于1.5V，所以電路中的電流應(yīng)大于$\frac{1.5V}{10Ω}$=0.15A，所以D符合題意；
（4）滑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，由于此時(shí)電壓表的示數(shù)大于1.5V，所以應(yīng)調(diào)節(jié)滑片向F移動(dòng)，增大滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻．
（5）當(dāng)20Ω的電阻接入a、b間時(shí)，所需滑動(dòng)變阻器的阻值最大，要控制電壓表的示數(shù)為1.5V不變，則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為4.5V-1.5V=3V，
電路中的電流為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，
滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3V}{0.075A}$=40Ω＞20Ω，
若選用規(guī)格為“20Ω，2A”滑動(dòng)變阻器，無論怎樣移動(dòng)滑片P，電壓表的示數(shù)始終無法達(dá)到1.5V；因此需要選擇“50Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器．
（6）由題意知，小李操作正確，剛閉合開關(guān)時(shí)，滑動(dòng)變阻器的最值最大，此時(shí)燈泡兩端的實(shí)際電壓較小，實(shí)際功率較小，所以燈泡不亮，要使燈泡發(fā)光，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器的阻值．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）最大阻值處；（3）D；（4）F；保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變；（5）“50Ω  1A”；（6）減小滑動(dòng)變阻器的阻值．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究電流跟電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，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(dòng)變阻器，不但考慮滑動(dòng)變阻器允許通過的電流，也要考慮滑動(dòng)變阻器的電阻．電路電流不能超過滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流，滑動(dòng)變阻器最大電阻稍大于電路需要的電阻，這樣，滑動(dòng)變阻器既能滿足電路要求，也能使電路準(zhǔn)確獲得需要的數(shù)據(jù)．