Question

14．小冰在“探究一定電壓下，電流與電阻的關系”的實驗中，老師提供的實驗器材有：
電源（電壓恒為4.5Ⅴ），電流表、電壓表各一個，開關一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩個變阻器（規(guī)格為“20Ω 2A”、“50Ω 1A”），導線若干．

（1）請在保證電路安全的前提下，用筆畫線代替導線將圖1中的實物圖連接完整．
（2）閉合開關前應將變阻器的滑片移到D端；（選填“C”或“D”）
（3）實驗時，在A、B間先接入5Ω的電阻，閉合開關，移動滑片P，使電壓表的示數(shù)為1.5V，并記下相應的電流值，再改接10Ω的電阻，此時滑片P應向F（選填“E”或“F”）端移動，F(xiàn)小冰移動變阻器滑片P的目的是：保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變．
（4）根據(jù)下表中小冰數(shù)據(jù)，得出電流與電阻的規(guī)律是：電壓不變時，導體中的電流與它的電阻成反比．

電阻/Ω	5	10	15
電流/A	0.3	0.15	0.1

（5）小冰為完成用四個定值電阻進行實驗，他應選擇的滑動變阻器規(guī)格是50Ω 1A．
（6）當小冰將20Ω的定值電阻接入電路進行實驗時，發(fā)現(xiàn)電流表損壞．由于沒有多余的電流表，老師又給了他一個定值電阻R₀和一個電壓表，聰明的他重新設計了實驗電路，順利地完成了本實驗．請你幫助小冰設計一個電路圖，畫在上面的圖2虛線框內(nèi)．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電流表與電阻R串聯(lián)，可根據(jù)電壓表的量程和最小定值電阻的阻值確定電路中的最大電流；然后根據(jù)電流從正接線流入，負接線柱流出將電流表接入電路中．
（2）連接電路時，滑動變阻器的滑片應位于最大阻值處；
（3）將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，電路中的總電阻變大，電路中的電流減小，滑動變阻器兩端的電壓減小，電壓表的示數(shù)變大；要探究電流和電阻之間關系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，為保證電阻兩端的電壓不變，要通過調(diào)節(jié)滑片，使滑動變阻器兩端的電壓變大，從而使電阻兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼闹担?br />（4）根據(jù)電壓不變的特點或電流和電阻成反比的特點進行分析；
（5）判斷滑動變阻器的使用規(guī)格，同時要考慮滑動變阻器的電阻和允許通過的最大電流．
（6）在電流表不能使用時，可以把已知阻值的定值電阻串聯(lián)到電路中，利用電壓表測出定值電阻兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出電流．

解答 解：（1）電路中的最大電流I=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A；則電流表的量程為0～0.6A；故將電流表“0.6A”的接線柱與開關的右接線柱相連，“-”接線柱與電阻絲的b接線柱相連；如圖所示：

（2）閉合開關前應將變阻器的滑片移到最大阻值處，即位于D端；
（3）將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，串聯(lián)電路的總電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流變小，滑動變阻器分得的電壓變小，電阻分得的電壓變大；要探究電流和電阻之間關系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，所以應調(diào)節(jié)滑片向F移動，增大滑動變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數(shù)達到1.5V時，讀取電流表示數(shù)．因此小李移動變阻器滑片P的目的保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變．
（4）由表格中數(shù)據(jù)知，電壓不變，導體的電阻增大為原來的幾倍，電流便變?yōu)樵瓉淼膸追种�一，故可以得出結論：電壓不變時，導體中的電流與它的電阻成反比；
（5）當20Ω的電阻接入a、b間時，為使電壓表的示數(shù)為1.5V，滑動變阻器接入電路中的阻值是40Ω；若選用規(guī)格為“20Ω，2A”滑動變阻器，無論怎樣移動滑片P，電壓表的示數(shù)始終無法達到1.5V；因此需要選擇“50Ω 1A”的滑動變阻器Ω．
（6）在電流表不能使用時，可以把已知阻值的定值電阻R₀串聯(lián)到電路中，利用電壓表測出定值電阻兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出電流，實驗方案電路圖如圖所示：

故答案為：（1）連接電路如上圖所示；（2）D；（3）F；保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變；（4）電壓不變時，導體中的電流與它的電阻成反比；（5）“50Ω 1A”；（6）電路圖如上圖所示．

點評 本題考查了探究電流跟電阻關系的實驗，探究的方法是控制變量法；并且能夠根據(jù)題目數(shù)據(jù)選擇合適的滑動變阻器，不但考慮滑動變阻器允許通過的電流，也要考慮滑動變阻器的電阻．在探究過程中要控制電壓不變，同時考查了對實驗數(shù)據(jù)的分析，通過分析電流的改變與電阻改變的倍數(shù)關系，得出電流與電阻的反比例關系，在寫結論時，注意不要漏掉控制的變量．