Question

10．物理興趣小組的同學們想探究通過導體的電流與電壓的關系．實驗室有：電源、電壓表、電流表、滑動變阻器、規(guī)格不同的定值電阻、開關和導線等器材各若干供同學們選擇，實驗用電路如圖a所示．

（1）圖b是某組同學尚未完成連接的實物電路，請你用筆畫線代替兩根導線完成連接（連線不交叉）．要求：滑動變阻器的滑片P向A端移動，電壓表示數(shù)變大．
（2）連好電路閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)較大、電壓表示數(shù)為零，則電路故障原因可能是B
A．電壓表的量程選大了         B．電阻R₀發(fā)生了短路
C．滑動變阻器發(fā)生了斷路       D．滑動變阻器發(fā)生了短路
（3）他們排除故障后繼續(xù)實驗，測得多組數(shù)據(jù)記錄在下表中，在給定的坐標紙上作出圖象，分析得出了結論．在與其他組交流時發(fā)現(xiàn)雖然各小組作出的圖象都是正確的，但是在相同的坐標紙上有些小組的圖象卻明顯不同．請你利用表中數(shù)據(jù)在圖c中作出I-U圖象，并回答造成這種不同的原因：
定值電阻的阻值不同．

實驗次數(shù)	1	2	3	4	5
電壓表 示數(shù)/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
電流表 示數(shù)/A	0.12	0.19	0.25	0.28	0.38

（4）該組同學為了進一步探究電路的性質，他們選擇了一個電壓可調的電源進行實驗．實驗所用電路如圖d，但電壓表位置不詳，電阻R₁的阻值為8Ω，所用滑動變阻器R₂是“10Ω 2A”和“5Ω 3A”中的一個．若某次實驗時兩表刻度盤上的指針位置如圖e所示，此時滑動變阻器接入電路的阻值恰為最大值的一半．請發(fā)揮你的聰明才智，通過計算推測他們實驗時所用變阻器R₂的規(guī)格和R₂的電壓．

Answer 1

分析 （1）實驗電路應該連成一個串聯(lián)電路，電壓表測R兩端電壓，滑動變阻器一上一下接，根據(jù)滑動變阻器的滑片P向A端移動，電壓表示數(shù)變大確定接線柱的接法；
（2）電流表有示數(shù)，說明整個電路是通路，電壓表無示數(shù)，說明電壓表被短路；
（3）根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點連線作出圖象；可以從各組使用電阻不同分析造成實驗作出的圖象產(chǎn)生差異的原因；
（4）讀出電流和電壓表的示數(shù)，由電路圖根據(jù)串聯(lián)電路的特點結合歐姆定律判斷．

解答 解：
（1）根據(jù)實驗電路圖應將定值電阻與變阻器串聯(lián)，電壓表測定值電阻兩端電壓，滑片P向A端移動，電壓表示數(shù)變大，根據(jù)U=IR，所以通過R電流應變大，故變阻器阻值變小，應將A接線柱接入電路中，如圖所示：
；
（2）根據(jù)電路圖電壓表測量燈泡兩端電壓，電流表測量電路電流；
A、如果是電壓表的量程選大了，電壓表指針擺較小，不會為0，不符合題意；
B、如果電阻R₀發(fā)生了短路，電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為零，符合題意．
C、如果是滑動變阻器斷路，即電路為斷路，電流表、電壓表都無示數(shù)，不符合題意．
D、如果滑動變阻器短路，電路中電流將會很大，電流表、電壓表都有示數(shù)，不符合題意．
（3）由表格數(shù)據(jù)描點連線作出I-U圖象，如圖所示：
；
實驗中各小組所使用的定值電阻的阻值可能各不相同，若阻值太大，電流太小，則會造成圖象不明顯；
（4）由圖e，電流表和電壓表都使用小量程時，讀出分別為I_A=0.2A，U_V=2.6V，
則R₁兩端電壓：U₁=I_AR₁=0.2A×8Ω=1.6V，
滑動變阻器接入電路的阻值恰為最大值的一半，
若使用的是規(guī)格是“5Ω 3A”，則U_變=I_AR_變=0.2A×2.5Ω=0.5V，
若使用的是規(guī)格是“10Ω 2A”，則U_變=I_AR_變=0.2A×5Ω=1V，
所以電壓表不是測R₁也不是測R₂兩端電壓，
根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點：U=U₁+U₂，若電壓表測總電壓，則使用“10Ω 2A”恰好符合電壓表示數(shù)為2.6V．
同理：若電流表和電壓表使用大量程，讀出分別為I_A=1A，U_V=13V，
使用變阻器使用“10Ω 2A”同樣是符合電壓表示數(shù)，此時U_變=I_AR_變=1A×5Ω=5V，
故實驗時所用變阻器R₂的規(guī)格為“10Ω 2A”，R₂的電壓為1V或5V．
故答案為：（1）見上圖；（2）B；（3）見上圖；定值電阻的阻值不同；（4）實驗時所用變阻器R₂的規(guī)格為“10Ω 2A”，R₂的電壓為1V或5V．

點評 本題以探究通過導體的電流與電壓的關系的實驗考查了電流連接、故障判斷、數(shù)據(jù)分析和圖象等，是一道綜合性較強的題目．