Question

8．現(xiàn)在做探究“電阻一定時，電流與電壓的關(guān)系”的實驗．實驗中可供使用的器材有：
A．電流表（量程0～0.6A，0～3A）
D．電壓表（量程0～3V，0～15V）
C．定值電阻R₁（阻值為30Ω ）
D．定值電阻R₂  （阻值為10Ω ）
E．滑動變阻器R_l′（10Ω，2A ）
F．滑動變阻器R₂′（100Ω，1A）
G．干電池二節(jié)（一節(jié)干電池的電壓為1.5V）
H．開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干．

現(xiàn)利用以上部分器材，探究“電阻一定時，電流與電壓的關(guān)系”，要求實驗過程中電表的最大示數(shù)能達(dá)到電流表量程的一半，同時又考慮操作的方便，則：
（1）用來探究的定值電阻R應(yīng)選D，滑動變阻器R′應(yīng)選E（選填實驗器材前的字母代號），電流表的量程宜選0～0.6A．
（2）根據(jù)實驗要求，在如圖1所示的虛線框內(nèi)，正確畫出實驗所需的電路圖．（其中，部分電路已畫出）
（3）根據(jù)所畫的電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線將圖2實物圖連接起來，要求滑動變阻器的滑片P向左滑動時阻值變小，使之成為符合實驗要求的電路．（其中，部分導(dǎo)線已連好）
（4）某小組的同學(xué)還想通過此連接好的電路測量所選定值電阻的阻值．如果要比較精確測量所選定值電阻的阻值，要求電表的指針至少達(dá)到量程的三分之一，同時又要防止損壞電表，那么滑動變阻器連入電路中的阻值變化范圍是0～5Ω．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗過程中電表的最大示數(shù)能達(dá)到電表量程的一半進行分析，計算出當(dāng)滑動變阻器阻值為零時通過兩電阻的電流，選擇電流值能達(dá)到量程0～0.6A一半的定值電阻，再結(jié)合操作的方便性選擇滑動變阻器的規(guī)格．
（2）要掌握此實驗中電路圖的畫法，其中電流表、電阻、滑動變阻器串聯(lián)，電壓表與電阻并聯(lián)．
（3）根據(jù)電路圖連接實物圖．在連接過程中注意電壓表、電流表的量程和正負(fù)接線柱的接法及滑動變阻器的接法，滑動變阻器要接一上一下．
（4）根據(jù)題意判斷出電流的最大值和最小值及電壓表的最大值和最小值，然后根據(jù)歐姆定律及串聯(lián)電路的知識進行計算滑動變阻器阻值變化范圍．

解答 解：
（1）由于電源電壓為3V，電路中電流比較小，所以電流表應(yīng)選擇0～0.6A的量程；
因為要求實驗過程中電表的最大示數(shù)能超過電表量程的一半，
若選擇C，當(dāng)滑動變阻器的阻值為零時，電路中的最大電流I=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A，小于電流表量程的一半，故不可以選擇C；
若選擇D，當(dāng)滑動變阻器的阻值為零時，電路中的最大電流I′=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，剛好是電流表量程的一半，所以可以選擇D；
由前面計算可知，選擇最大阻值為10Ω的滑動變阻器便可達(dá)到要求，而最大阻值為100Ω太大，不便于操作，故滑動變阻器R′應(yīng)選E．
（2）根據(jù)實驗要求，定值電阻、滑動變阻器、電流表應(yīng)串聯(lián)，電壓表與電阻R并聯(lián)，電路圖如圖所示：

（3）已知滑動變阻器的滑片P向左滑動時滑動變阻器的阻值變小，說明滑動變阻器滑片左側(cè)電阻絲接入電路，所以需要連接左下方的接線柱和上方任一接線柱；電流表、電壓表均選擇小量程，實物電路連接如下：

（4）當(dāng)滑動變阻器的阻值為零時，電壓表示數(shù)為3V，電路中的最大電流I′=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，電流表和電壓表示數(shù)均未超過其量程，所以滑動變阻器的阻值能調(diào)節(jié)為0Ω；
因為要求電表的指針至少達(dá)到量程的三分之一，所以電壓表示數(shù)應(yīng)不小于1V，電流表示數(shù)不小于0.2A．
當(dāng)電壓表示數(shù)為最小為1V時，則電路中的電流I=I_R=$\frac{{U}_{R小}}{R}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，即電流表示數(shù)為0.1A，不滿足要求；
由前面分析可知，電路中的電流最小應(yīng)為0.2A；
根據(jù)歐姆定律可得，電路的最大總電阻：R_總最大=$\frac{U}{{I}_{最小}}$=$\frac{3V}{0.2A}$=15Ω；
根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點可知，變阻器接入電路的最大阻值：R_滑大=R_總最大-R=15Ω-10Ω=5Ω；
因此滑動變阻器的變化范圍應(yīng)為0～5Ω．
故答案為：（1）D，E，0～0.6；（2）如上面圖1所示；（3）如上面圖2所示；（4）0～5．

點評 本題是探究“電阻一定時，電流與電壓的關(guān)系”的實驗，考查了學(xué)生對電表量程、電路元件的選擇，分析起來難度比較大一些，屬于難點內(nèi)容；本題還考查了有關(guān)電路圖和實物電路的連接以及滑動變阻器阻值變化范圍的求法．