Question

2．小彬用如圖甲所示的實驗器材探究“電流與電阻的關(guān)系”．電源電壓恒為3V，滑動變阻器上標(biāo)有“20Ω2A”字樣，阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值電阻各一個．
（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖甲所示的實驗電路補(bǔ)充完整．
（2）小彬用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)滑動變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)如圖乙所示，此時電路中的電流為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)將滑動變阻器的滑片P向A（選填“A”或“B”）移動，記錄此時各表的示數(shù)．
（4）將10Ω定值電阻換成20Ω定值電阻，重復(fù)步驟（3）．
（5）實驗記錄的多組數(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，通過導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．

實驗次數(shù)	定值電阻（Ω）	電流表示數(shù)（A）
1	5
2	10	0.18
3	20	0.09

（6）結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，小彬能否換用50Ω的定值電阻進(jìn)行實驗？不能（能、不能），如若不能，則本實驗中的定值電阻最大可為30Ω．

Answer 1

分析 （1）電壓表與電阻并聯(lián)，電流表、滑動變阻器與電阻串聯(lián)，滑動變阻器要接一上一下；
（2）根據(jù)電流表和電壓表有示數(shù)進(jìn)行分析具體原因；根據(jù)電流表的量程和分度值讀出電流值；
（3）研究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)控制電壓表示數(shù)不變，根據(jù)分壓原理先判斷電壓表示數(shù)的變化，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，再確定滑片移動的方向；
（5）分析表中數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
（6）研究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)控制電壓表示數(shù)不變，當(dāng)變阻器最大阻值連入電路時，根據(jù)分壓原理求出換用50Ω的定值電阻進(jìn)行實驗時，電壓表的示數(shù)，與1.8V比較；
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)分壓原理求定值電阻允許的最大值．

解答 解：（1）電壓表與電阻并聯(lián)，由于電源電壓為3V，所以應(yīng)選擇0～3V的量程；滑動變阻器已接了下面一個接線柱，可再接上面任意一個接線柱，如下圖所示：

（2）電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表無示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)部分發(fā)生短路，定值電阻R₁短路；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)會變大，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點，應(yīng)增大變阻器分得的電壓，所以應(yīng)該增大滑動變阻器的阻值，即應(yīng)將滑動變阻器的滑片P向A移動，使電壓表仍為原來的示數(shù)不變；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，電阻是原來的幾倍，電流是原來的幾分之一，所以，電流和電阻的關(guān)系為：當(dāng)電壓一定時，通過導(dǎo)體中的電流與電阻成反比；
（6）由表中數(shù)據(jù)可知，電壓表示數(shù)為10Ω×0.18A=1.8V．假設(shè)滑動變阻器連入電路中為最大阻值為20Ω，根據(jù)分壓原理，此時變阻器分得的電壓最大，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，定值電阻的電壓最�。�
根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點可知，$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}=\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$=$\frac{50Ω}{20Ω}$=$\frac{5}{2}$所以，
根據(jù)分壓原理，則定值電阻兩端最小電壓為$\frac{5}{5+2}$×3V≈2.14V＞1.8V，
由此可知，即使變阻器連入電路中的阻值最大，電壓表示數(shù)仍超過1.8V，定值電阻兩端電壓始終為1.8V不能滿足；
設(shè)允許的最大定值電阻為R_滑，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓為3V-1.8V=1.2V，定值電阻的電壓為變阻器電壓的$\frac{1.8V}{1.2V}=\frac{3}{2}$倍，根據(jù)分壓原理，定值電阻的阻值為變阻器阻值的$\frac{3}{2}$倍，因變阻器的最大阻值為20Ω，所以定值電阻的最大阻值為$\frac{3}{2}$×20Ω=30Ω，
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）定值電阻R₁短路；0.36；
（3）電壓；A；
（5）反；
（6）不能；30．

點評 本題探究電流與電阻的關(guān)系，考查了電流表、電壓表、滑動變阻器的接法、器材的選擇、控制變量法的應(yīng)用，涉及到了串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系及歐姆定律分壓原理的靈活應(yīng)用，有一定難度．