Question

8．在探究“電流與電阻的關(guān)系”的實驗中，電源電壓3V保持不變，實驗室提供有5Ω、10Ω和20Ω的定值電阻與標有“30Ω  2A”的滑動變阻器等實驗必須的器材，請你完成實驗：
（1）根據(jù)實驗要求把圖甲中的實物圖連接完整（用筆畫線代替導線），連接電路時，閉合開關(guān)前滑動變阻器的滑片P置于最右端；
（2）將5Ω的電阻接入電路，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P的位置，電流表有示數(shù)，電壓表始終無示數(shù)，其原因可能是電阻短路（電壓表開路）；
（3）排除故障后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，當電流表示數(shù)如圖乙所示，可知電阻R兩端的電壓為1V；
（4）在實驗過程中，將5Ω的電阻換成10Ω的電阻，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器P的位置，目的是保持電阻R兩端的電壓不變；
（5）再將10Ω的電阻換成20Ω的電阻，能否延續(xù)（3）（4）步驟順利完成實驗得出結(jié)論？為什么？答：不能，當調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片時，R兩端的最小電壓為1.2V，無法保持1V不變．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電源電壓確定電壓表的量程；根據(jù)閉合開關(guān)前滑動變阻器的滑片應位于滑動變阻器的阻值最大處，可確定滑片P的位置；
（2）電流表有示數(shù)，說明電路為通路，電壓表示數(shù)為零，說明電壓表測量導線兩端電壓；通過移動滑動變阻器滑片以及電流表、電壓表示數(shù)的變化判斷故障的具體位置．
（3）根據(jù)電流表所選量程確定其分度值，然后即可讀數(shù)；根據(jù)歐姆定律計算出電阻R兩端的電壓；
（4）研究電流與電阻的關(guān)系，需要改變接入電路的電阻阻值，并且保持不同阻值的電阻兩端電壓相同．
（5）滑動變阻器接入電路中電阻最大時，定值電阻兩端的電壓最小，根據(jù)控制變量法需要保持定值電阻兩端電壓保持1V不變分析．

解答 解：（1）電源電壓為3V，則定值電阻兩端的電壓最高為3V，電壓表選擇0～3V量程；連接電路時，閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應置于最大阻值處，即位于最右端；實物圖連接如下圖：

（2）電流表有示數(shù)，說明電路為通路，而電壓表的示數(shù)始終為零，說明電壓表測量導線兩端電壓，即定值電阻R短路；或者電壓表開路；
（3）由圖可知，電流表所選量程為0～0.6A，分度值為0.02A，則由電流表指針位置可知，電流表讀數(shù)為0.2A；
由I=$\frac{U}{R}$得，電阻R兩端的電壓為：U=IR=0.2A×5Ω=1V；
（4）在研究電流與電阻關(guān)系時，把定值電阻5Ω換成10Ω，根據(jù)串聯(lián)電路導體兩端電壓與其阻值成正比知，電阻兩端電壓會增大；在電源電壓一定時，要使電阻兩端電壓不變，需要調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使滑動變阻器兩端電壓增大，也就是需要滑動變阻器接入電路電阻增大．調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P到合適位置；
（5）將10Ω的電阻換成20Ω的電阻，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片接入電路中的電阻最大時，定值電阻兩端的電壓最小，則有：
U_最小=I′R′=$\frac{3V}{20Ω+30Ω}$×20Ω=1.2V，無法保持1V不變，所以不能延續(xù)（3）（4）步驟順利完成實驗得出結(jié)論．
故答案為：（1）見上圖；最右端；
（2）電阻短路（電壓表開路）；
（3）1；
（4）保持電阻R兩端的電壓不變；
（5）不能；當調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片時，R兩端的最小電壓為1.2V，無法保持1V不變．

點評 探究“電流與電壓、電阻的關(guān)系”時，必須采用控制變量法的思想，研究電流與電阻的關(guān)系時，控制電壓不變；研究電流與電阻的關(guān)系時，控制電阻兩端電壓大小不變．