Question

15．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)變阻器上標(biāo)有“20Ω  1A”字樣，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)物連接完整．
（2）在連接實(shí)驗(yàn)電路時(shí)，小華應(yīng)將開關(guān)處于斷開狀態(tài)．閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片滑到最右端（選填“左”或“右”）．
（3）小華連接好電路，閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑變阻器滑片時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針正常偏轉(zhuǎn)，電壓表示數(shù)為零，則發(fā)生這種故障的原因可能是R處發(fā)生短路．
（4）故障排除后，小華先把10Ω的電阻接入電路，移動(dòng)滑變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為2V，讀出電流表示數(shù)后，斷開開關(guān)，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)，電壓表示數(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)將變阻器滑片向右端（選填“左”或“右”）移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2V．
（5）當(dāng)小華改用50Ω的電阻繼續(xù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，都無法使電壓表示數(shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的值，你認(rèn)為“電壓表的示數(shù)無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的值”的原因可能是（C）
A．滑動(dòng)變阻器的阻值太大   B．電壓表量程選小了
C．滑動(dòng)變阻器的阻值太小   D．滑動(dòng)變阻器燒壞了
（6）小華解決了上述問題后，完成了實(shí)驗(yàn)．利用收集到的多組數(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．分析圖象得出了電流與電阻的關(guān)系是電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．

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）連接電路時(shí)，開關(guān)需處于斷開狀態(tài)；閉合開關(guān)前將滑動(dòng)變阻器的滑片達(dá)到最大阻值處，是為了讓電路中有較大的電阻，防止電路中電流過大而燒壞用電器．
（3）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；
（4）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)增大變阻器的阻值；
（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．
（6）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．

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）在連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)，這是為了防止電路中有短路的地方而導(dǎo)致?lián)p壞用電器；
通常在使用前應(yīng)將電阻值調(diào)至最大阻值處的右端；
（3）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；
（4）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；
（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
無法使電壓表的示數(shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的值，可能由于滑動(dòng)變阻器的最大阻值太小，把滑動(dòng)變阻器阻值全部接入電路時(shí)，滑動(dòng)變阻器分得的電壓還是較小，不能使電阻兩端達(dá)到要求的值，故選C；
（6）分析圖丁圖象，曲線上每點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流和電阻的乘積都等于2.0V，說明電壓一直保持在2.0V，此時(shí)導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．
故答案為：（1）見上圖；（2）斷開；右；（3）R處發(fā)生短路；（4）2.4；右；2；（5）C；（6）電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．

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．