Question

19．在研究“導體電流與電阻關系”的實驗中，同學們利用了阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω的定值電阻和變阻器進行了探究，變阻器規(guī)格是“10Ω 1A”，電源電壓4.5V并保持不變．
（1）用筆畫線代替導線，將圖甲中電路連接完整．
（2）閉合開關前，電流表指針如圖乙所示，對電流表的操作應該是調(diào)零．
（3）正確連線后，閉合開關時發(fā)現(xiàn)，無論怎樣移動滑片電流表指針幾乎不動，電壓表指針向右偏轉(zhuǎn)且超過滿刻度，原因可能是R斷路．
（4）先接入15Ω的電阻，調(diào)節(jié)滑片時電壓表示數(shù)為3V，觀察到電流表示數(shù)如圖丙所示，則電流表示數(shù)為0.2 A；用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，應將滑片向左 端（選填“左”或“右”）移動，才能使電壓表示數(shù)保持3V，并記錄下電流表示數(shù)為0.3A；用5Ω電阻代替10Ω電阻接入電路，正確操作，電流表示數(shù)為0.6A．
（5）分析三次的實驗數(shù)據(jù)，可得出電流與電阻的關系是電壓一定時，通過導體的電流與導體電阻成反比．
（6）王強同學繼續(xù)探究：他用了30Ω的定值電阻代替原來的電阻實驗，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片都不能滿足電壓表示數(shù)為3V，原因是滑動變阻器的最大阻值太��；要使電壓表示數(shù)保持3V，要求變阻器的最大阻值最少為15Ω．
（7）小明也進行了如圖丁1所示實驗，電路中有一處連線錯誤，請你在連接錯誤的導線上畫“×”并改正．將電路連接正確后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片P，使定值電阻R兩端電壓為2V，電流表示數(shù)如圖丁2所示，為0.4 A，則R的阻值為5Ω． 換上10Ω的電阻后，閉合開關，電壓表示數(shù)將變大，此時應將滑片P向 B端移動，使電阻兩端電壓為2V．此實驗中，滑動變阻器的作用有保護電路和調(diào)節(jié)定值電阻的電壓．

Answer 1

分析 （1）實驗中電壓表應測定值電阻兩端電壓，由此連圖；
（2）由圖乙，電流表指針沒有指在零刻度線上，使用電流表前應對電流表進行機械調(diào)零，使指針指在零刻度線上；
（3）閉合開關電流表無示數(shù)可能是電路斷路；電壓表示數(shù)超過量程，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外部分，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：定值電阻斷路；
（4）根據(jù)電流表量程和分度值讀出丙圖中其示數(shù)；研究導體電流與電阻關系中要保持R兩端電壓不變，由此分析10Ω電阻代替15Ω電阻后滑片的移動方向；
（5）根據(jù)三次實驗中電流與對應電阻關系分析得出結(jié)論；
（6）根據(jù)串分壓的知識，若電阻增大，分得的電壓將變大，要減小電阻兩端的電壓，需增大滑動變阻器的阻值；
（7）研究“導體電流與電阻關系”的實驗時，應保持R兩端的電壓不變，因此電壓表須則R兩端電壓．

解答 解：（1）將電壓表的負接線柱與電阻R的右接線柱相連，如圖3所示：
（2）電流表指針沒有指在零刻度線上，應先對電流表調(diào)零；
（3）電路正確連接后，閉合開關，移動滑片P，電流表無示數(shù)，但電壓表示數(shù)有示數(shù)且很大，則故障原因可能是定值電阻斷路了；
（4）由圖丙，電流表的量程為0-0.6A，分度值0.02A，示數(shù)為0.2A；
此時R兩端電壓為3V，因為導體電流與電阻關系中要保持R兩端電壓不變，當用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，總電阻減小，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流變大，滑動變阻器分得的電壓變大，電阻分得的電壓減小，所以應調(diào)節(jié)滑片向左移動，減小滑動變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數(shù)保持不變；
（5）三次實驗電阻分別為15Ω、10Ω、5Ω，三次通過的電流分別是0.2A、0.3A、0.6A．每次的電流與電阻和乘積相等，由此可得：電壓一定時，通過導體的電流與導體電阻成反比；
（6）由圖可知，定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測定值電阻兩端電壓，根據(jù)串聯(lián)電路特點，當滑動變阻器提供的電阻過小時，變阻器兩端的電壓也變低，則定值電阻兩端的電壓變高．由題意知，滑動變阻器兩端的電壓應為U_滑=4.5V-3V=1.5V，根據(jù)串聯(lián)電路的電流相等，所以使用30Ω的定值電阻時，則：$\frac{3V}{30Ω}$=$\frac{1.5V}{{R}_{滑}}$=，解得R_滑=15Ω，即變阻器最大值最小為15Ω．
（7）電壓表應測R兩端電壓，改正如圖4所示；由圖丁2可知，電流表所用量程為0-0.6A，可讀出示數(shù)為0.4A；根據(jù)R=$\frac{U}{I}$可知，R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω；
為了探究電流與電阻的關系，因此換上10Ω的電阻后，須調(diào)節(jié)滑動變阻器，直至電壓表示數(shù)仍為2V時為止．為了防止電路電流過大，滑動變阻器在開關閉合之前，應把滑片滑到最大阻值處，起到保護電路的作用；該實驗是探究導體電流與導體電阻的關系，要保持電阻兩端電壓不變，因此實驗中滑動變阻器還有調(diào)節(jié)定值電阻的電壓的作用．
故答案為：（1）如圖3；（2）調(diào)零；（3）R斷路；（4）0.2；左；（5）電壓一定時，通過導體的電流與導體電阻成反比；（6）滑動變阻器的最大阻值太小；15；（7）0.4；5；2V；保護電路；調(diào)節(jié)定值電阻的電壓．

點評 本題考查了電流表讀數(shù)、滑動變阻器的正確使用和歐姆定律的應用，理解控制變量法在本實驗中的具體應用，掌握滑動變阻器的作用．