Question

11．物理興趣小組的同學(xué)們想探究通過導(dǎo)體的電流與電壓的關(guān)系．實驗室有：電源、電壓表、電流表、滑動變阻器、規(guī)格不同的定值電阻、開關(guān)和導(dǎo)線等器材各若干供同學(xué)們選擇，實驗用電路如圖a所示．

（1）圖b是某組同學(xué)尚未完成連接的實物電路，請你用筆畫線代替兩根導(dǎo)線完成連接（連線不交叉）．要求：滑動變阻器的滑片P向A端移動，電壓表示數(shù)變大．
（2）連好電路閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)較大、電壓表示數(shù)為零，則電路故障原因可能是B
A．電壓表的量程選大了B．電阻R₀發(fā)生了短路
C．滑動變阻器發(fā)生了斷路D．滑動變阻器發(fā)生了短路
（3）他們排除故障后繼續(xù)實驗，測得多組數(shù)據(jù)記錄在下表中，在給定的坐標(biāo)紙上作出圖象，分析得出了結(jié)論．請你利用表中數(shù)據(jù)在圖c中作出U-I圖象，分析圖象得出的結(jié)論是；在與其他組交流時發(fā)現(xiàn)雖然各小組作出的圖象都是正確的，但是在相同的坐標(biāo)紙上有些小組的圖象卻明顯不同，并回答造成這種不同的原因：選用定值電阻的阻值明顯不同．

實驗次數(shù)	1	2	3	4	5
電壓表 示數(shù)/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
電流表 示數(shù)/A	0.10	0.15	0.2	0.25	0.3

（4）該組同學(xué)為了進一步探究電路的性質(zhì)，他們選擇了一個電壓可調(diào)的電源進行實驗．實驗所用電路如圖d，但電壓表位置不詳，電阻R₁的阻值為3Ω，所用滑動變阻器R₂是“10Ω  2A”和“20Ω  2A”中的一個．若某次實驗時兩表刻度盤上的指針位置如圖e所示，此時滑動變阻器接入電路的阻值恰為最大值的一半．請發(fā)揮你的聰明才智，通過計算推測他們實驗時所用變阻器R₂的規(guī)格和R₂的電壓．

Answer 1

分析 （1）由電路圖知，電壓表測R兩端電壓，根據(jù)滑動變阻器的滑片P向A端移動，電壓表示數(shù)變大確定接線柱的接法；
（2）電流表有示數(shù)，說明整個電路是通路，電壓表無示數(shù)，說明電壓表被短路；
（3）根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點連線作出圖象；可以從各組使用電阻不同分析造成實驗作出的圖象產(chǎn)生差異的原因；
（4）窮舉電流和電壓表的示數(shù)，分別根據(jù)電流的可能大小，由歐姆定律求出兩電阻可能的電壓值并與電壓表可能讀數(shù)比較，確定電壓表的連接位置；根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，求出符合電壓表讀數(shù)的變阻器的阻值大小，最終確定R₂的電壓大�。�

解答 解：
（1）根據(jù)實驗電路圖應(yīng)將定值電阻與變阻器串聯(lián)，電壓表測定值電阻兩端電壓，滑片P向A端移動，電壓表示數(shù)變大，根據(jù)U=IR，說明通過R電流應(yīng)變大，故變阻器阻值變小，應(yīng)將A接線柱接入電路中，如下圖所示：
；
（2）根據(jù)電路圖電壓表測量燈泡兩端電壓，電流表測量電路電流；
A、如果是電壓表的量程選大了，電壓表指針擺較小，不會為0，不符合題意；
B、如果電阻R₀發(fā)生了短路，電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為零，符合題意；
C、如果是滑動變阻器斷路，即電路為斷路，電流表、電壓表都無示數(shù)，不符合題意；
D、如果滑動變阻器短路，電路中電流將會很大，電流表、電壓表都有示數(shù)，不符合題意．
故選B；
（3）由表格數(shù)據(jù)描點連線作出I-U圖象，如下圖所示：

實驗中各小組所使用的定值電阻的阻值可能各不相同，探究電流與電壓的關(guān)系時應(yīng)控制電阻的阻值不變，采用不同的定值電阻進行探究時，相同電壓下的電流不同，做出的I-U圖象不同；
（4）由圖e，電流表和電壓表因不知道量程的使用情況，討論：
若電流表和電壓表都使用小量程時，讀出分別為I_A=0.2A，U_V=2.6V；
若電流表和電壓表使用大量程，讀出分別為I′_A=1A，U′_V=13V，
①若電流為0.2A，則R₁兩端電壓：U₁=I_AR₁=0.2A×3Ω=0.6V，
滑動變阻器接入電路的阻值恰為最大值的一半，
若使用的是規(guī)格是“10Ω 2A”，則U_變=I_AR_變=0.2A×5Ω=1V，
若使用的是規(guī)格是“20Ω 2A”，則U_變=I_AR_變=0.2A×1Ω=2V，根據(jù)電壓表可能的讀數(shù)，
可判斷，電壓表不是測R₁也不是測R₂兩端電壓，所以電壓表只能測量電源的電壓；
根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點：U=U₁+U_變=0.6V+U_變，根據(jù)電壓表可能的讀數(shù)，則使用“20Ω 2A”恰好符合電壓表示數(shù)為2.6V，R₂兩端的電壓為2V；
②若電流為1A，則R₁兩端電壓：U′₁=I_AR₁=1A×3Ω=3V，
若使用的是規(guī)格是“10Ω 2A”，則U′_變=I′_AR_變=1A×5Ω=5V，
若使用的是規(guī)格是“20Ω 2A”，則U_′變=I_′AR_變=1A×10Ω=10V，根據(jù)電壓表可能的讀數(shù)，
可判斷，電壓表不是測R₁也不是測R₂兩端電壓，所以電壓表只能測量電源的電壓；
根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點：
U=U′₁+U′_變=3V+U′_變，根據(jù)電壓表可能的讀數(shù)，則使用“20Ω 2A”恰好符合電壓表示數(shù)為13V，R₂兩端的電壓為10V．
故無論哪種情況，實驗時所用變阻器R₂的規(guī)格為“20Ω 2A”，R₂的電壓為2V或10V．
故答案為：（1）見上圖；
（2）B；
（3）見上圖；定值電阻的阻值明顯不同；
（4）實驗時所用變阻器R₂的規(guī)格為“20Ω 2A”，R₂的電壓為2V或10V．

點評 本題探究通過導(dǎo)體的電流與電壓的關(guān)系的實驗考查了電流連接、故障判斷、數(shù)據(jù)分析和圖象等，第（4）問是本題的難點，考查分類討論、推理的能力及靈活運用電路特點和歐姆定律解決實際問題的能力，難度較大．