Question

5．小華同學(xué)為了“探究電流與電阻的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路．她在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室找來了如下一些實(shí)驗(yàn)器材：電壓恒為3V的電源，電流表、電壓表各一只，一個(gè)開關(guān)，阻值分別為10Ω、20Ω、50Ω的定值電阻各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器和導(dǎo)線若干．

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙中的實(shí)物電路連接完整．
（2）小華連接好實(shí)物電路，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P到阻值最大的位置，閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)電流表指針正常偏轉(zhuǎn)，電壓表的示數(shù)為零，則產(chǎn)生這種故障的原因可能是R處發(fā)生短路．
（3）排除故障后，小華先把10Ω的電阻接入電路，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表示數(shù)為2V，讀出電流表的示數(shù)后，斷開開關(guān)S，她直接拆下10Ω的電阻，改換成阻值為20Ω的電阻繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)S，電壓表的示數(shù)如圖丙所示，其示數(shù)是2.4V，要完成這次實(shí)驗(yàn)，接下來她應(yīng)向右移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為2V．
（4）小華完成了多組實(shí)驗(yàn)，利用收集到的數(shù)據(jù)，作出了如圖丁所示的電流I隨電阻R變化的關(guān)系圖象，分析圖象得出結(jié)論：電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．
（5）為了能用所選的三只定值電阻完成實(shí)驗(yàn)，小華所選滑動(dòng)變阻器的最大阻值應(yīng)不小于25Ω．

Answer 1

分析 （1）分析圖甲所示電路結(jié)構(gòu)，明確各電路元件的連接方式，然后連接實(shí)物電路圖．
（2）電流表指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)說明電路是通路，電壓表無示數(shù)說明電壓表被短路，據(jù)此進(jìn)行解答；
（3）根據(jù)串分壓的知識(shí)，定值電阻的阻值變大，兩端電壓變大，要保持其兩端電壓不變，應(yīng)減小變阻器的阻值；
（4）分析圖丙中圖象，曲線上每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流和電阻的乘積相等，說明電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．
（5）根據(jù)滑動(dòng)變阻器的最大阻值與定值電阻阻值間的關(guān)系，由串聯(lián)電路的分壓原理分析電壓表不能達(dá)到要求的原因．

解答 解：（1）由圖甲所示電路圖可知，定值電阻R與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表與定值電阻并聯(lián)，電流表串聯(lián)在電路中，根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖，如圖所示．

（2）如果R發(fā)生短路，電路是通路，電流表有示數(shù)，電壓表指針不偏轉(zhuǎn)，故發(fā)生這種故障的原因可能是R處發(fā)生短路；
（3）由圖可知，電壓表所選量程為0～3V，根據(jù)指針位置可知，其示數(shù)是2.4V，
拆下阻值為10Ω的電阻改換成阻值為2OΩ的電阻．閉合開關(guān)，電壓表的示數(shù)會(huì)變大，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器的阻值，則應(yīng)將變阻器滑片向右移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)不變?yōu)?V；
（4）分析圖丙圖象，曲線上每點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流和電阻的乘積都等于2.5V，說明電壓一直保持在2.5V，此時(shí)導(dǎo)體中的電流與電阻成反比；
（5）當(dāng)改用50Ω的電阻時(shí)，電路中的電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{50Ω}$=0.04A；滑動(dòng)變阻器的阻值為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{0.04A}$=$\frac{3V-2V}{0.04A}$=25Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）R處發(fā)生短路；（3）2.4；右；（4）反比；（5）25．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)操作分析、實(shí)驗(yàn)操作改進(jìn)等問題，實(shí)驗(yàn)操作分析及實(shí)驗(yàn)改進(jìn)措施是本題的難點(diǎn)，要根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理認(rèn)真分析，然后提出改進(jìn)措施．