Question

2．小彬用如圖甲所示的實(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）小彬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(wú)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）．
（5）實(shí)驗(yàn)記錄的多組數(shù)據(jù)如表所示．分析數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過(guò)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

（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小彬問(wèn)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)小彬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�。�

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電源電壓確定電壓表的量程，并與電阻并聯(lián)，電流表、滑動(dòng)變阻器與電阻串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器接線柱要接一上一下；
（2）電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路；電壓表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的定值電阻R₁短路；根據(jù)電流表的小量程和分度值讀出電流值；
（3）在研究電流與電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)保持不同的定值電阻電壓（電壓表的示數(shù)）不變，根據(jù)分壓原理和串聯(lián)電路電壓的規(guī)律判斷滑片的移動(dòng)方向；
（5）縱向比較表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
（6）根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律和分壓原理，求出滑動(dòng)變阻器最大阻值至少為多少，與題中變阻器的最大阻值作比較．

解答 解：（1）由于電源電壓為3V，所以應(yīng)選擇0～3V的量程，電壓表與電阻并聯(lián)；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，如下圖所示：

（2）經(jīng)上面的分析，電流表有示數(shù)而電壓表無(wú)示數(shù)，則電路中的故障可能是定值電阻R₁短路而導(dǎo)致電壓表與導(dǎo)線并聯(lián)了；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，根據(jù)分壓原理，電壓表的示數(shù)會(huì)變大，要保持電壓表示數(shù)不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)增大變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)該增大滑動(dòng)變阻器連入電路中的阻值，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(lái)的示數(shù)不變；
（5）由表中數(shù)據(jù)，根據(jù)歐姆定律有U=IR=0.36A×5Ω=0.18A×10Ω=0.09A×20Ω=1.8V，縱向比較表中數(shù)據(jù)，電阻為原來(lái)的幾倍，通過(guò)的電流為原來(lái)的幾分之一，所以得出的結(jié)論是：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體中的電流與電阻成反比；
（6）因電壓表示數(shù)保持1.8V不變，變阻器分得的電壓U_滑=3V-1.8V=1.2V，變阻器分得的電壓是定值電阻電壓的$\frac{1.2V}{1.8V}=\frac{2}{3}$，根據(jù)分壓原理，變阻器連入電路中的阻值為R_滑=$\frac{2}{3}$×50Ω=33.3Ω，即為完成實(shí)驗(yàn)，變阻器的最大阻值至少為33.3Ω，大于現(xiàn)有變阻器的最大阻值，所以不能完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)．
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�。�

點(diǎn)評(píng) 本題 探究“電流與電阻的關(guān)系，考查電路的連接、故障的分析、操作的過(guò)程、控制變量法的運(yùn)用、根據(jù)數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力及對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的要求等知識(shí)，有一定難度．