Question

3．小紅利用如圖所示的電路探究“電流與電阻的關(guān)系”．已知電源電壓為6V且保持不變，實(shí)驗(yàn)用到的電阻R的阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω，實(shí)驗(yàn)中控制電阻R兩端的電壓為3V不變．
（1）提供的滑動(dòng)變阻器有如下幾種規(guī)格，為完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取的滑動(dòng)變阻器是C（選填序號(hào)）．
A．“10Ω 1A”B．“20Ω 0.5A”C．“20Ω 1A”D．“30Ω 0.5A”
（2）選擇了合適的滑動(dòng)變阻器后，連好電路閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表有示數(shù)，電流表沒有示數(shù)，若故障只有一處，則故障可能是R斷路或電流表短路．
（3）排除了故障之后，小紅先用15Ω電阻進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)后斷開了開關(guān)，保持變阻器的滑片不動(dòng)，只是將R換成了10Ω的定值電阻，然后閉合開關(guān)，此時(shí)的電壓表的示數(shù)會(huì)小于3V（選填“大于”、“小于”或“等于”），接下來小紅應(yīng)進(jìn)行的操作是調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為3V，并記下電流表示數(shù)．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)中控制R兩端電壓為3V不變，總電壓為6V，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，因此變阻器兩端電壓U滑也為3V才可，當(dāng)R最大時(shí)，根據(jù)公式I=$\frac{U}{R}$可知電路中電流最小，再利用R滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$計(jì)算此時(shí)變阻器的最大電阻進(jìn)行判斷；
（2）電流表示數(shù)為零說明電路斷路或電流表本身短路，電壓表有示數(shù)說明電壓表和電源連接的部分電路正常；
（3）換成較小的電阻后，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，電阻兩端的電壓會(huì)變小，則應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)不變；

解答 解：（1）由題可知，U_R=3V，變阻器兩端電壓為U_滑=U-U_R=6V-3V=3V
當(dāng)U_R=15Ω時(shí)，電路中電流最小，I_小=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{3V}{15Ω}$=0.2A；
滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3V}{0.2A}$=15Ω    ①
當(dāng)U_R=5Ω時(shí)，電路中電流最大，I_大=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A    ②
綜合①②可知，所采用滑動(dòng)變阻器最大阻值需大于15Ω，允許通過的最大電流需大于0.6A，故選C；
（2）由題可知，電壓表有示數(shù)，表明電壓表的正負(fù)接線柱與電源的正負(fù)極之間不存在斷路，所以可能R斷路，電流表沒示數(shù)，但電流表不可能斷路，因此只有可能是本身短路了；
（3）由題可知，當(dāng)用10Ω電阻換15Ω電阻后，電阻變小，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，電阻兩端的電壓會(huì)變小，即電壓表的示數(shù)會(huì)小于3V；本實(shí)驗(yàn)須控制電阻兩端的電壓不變，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器的阻值，將滑片向右滑動(dòng)，直到電壓表的示數(shù)為3V．
故答案為：（1）C；（2）R斷路；電流表短路；（3）小于；調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為3V，并記下電流表示數(shù)．

點(diǎn)評(píng) 本題是探究電流和電壓、電阻的關(guān)系，要注意控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用．對(duì)于滑動(dòng)變阻器的應(yīng)用、歐姆定律在串聯(lián)電路的應(yīng)用也是該實(shí)驗(yàn)�？疾榈膬�(nèi)容，應(yīng)熟練掌握．