Question

7．在“探究電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗中，現(xiàn)有器材如下：電源（電壓恒定但未知）四個定值電阻R₁（5Ω）、R₂（10Ω）、R₃ （15Ω）、R₄（20Ω），標(biāo)有“XΩ 1A”的滑動變阻器（阻值模糊不清）．電壓表（可用量程：0～3V、0～15V），電流表（可用量程：0～0.6A），導(dǎo)線、開關(guān)．
（1）設(shè)計并正確連接如圖甲所示的電路，把定值電阻R₁接入圖甲中的A、B兩點(diǎn)之間，將滑動變阻器的滑片移到最右端（選填“左”或“右”），閉合開關(guān)，移動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2V，電流表的示數(shù)應(yīng)為0.4A．
（2）分別用定值電阻R₂、R₃、R₄依次替換R₁，重復(fù)（1）的實(shí)驗步驟．根據(jù)所測得的四次實(shí)驗數(shù)據(jù)繪制出I-R圖象，如圖乙所示，由圖象可得出的結(jié)論是：在導(dǎo)體兩端電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
（3）當(dāng)使用定值電阻R₄進(jìn)行實(shí)驗時，剛一閉合開關(guān)，就發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)恰好為2V．為了用以上四個定值電阻完成實(shí)驗并確保電路安全，應(yīng)控制A、B兩點(diǎn)之間的電壓在2V到3V范圍內(nèi)．
（4）使用定值電阻R₂和R₃進(jìn)行試驗過程中，讀取數(shù)據(jù)時，滑動變阻器消耗的電功率之比為4：1．

Answer 1

分析 （1）閉合開關(guān)前，需將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處；根據(jù)歐姆定律可求出電壓表示數(shù)為2V時電流表的示數(shù)；
（2）電壓一定時，電流與電阻成反比；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路分壓規(guī)律可知，定值電阻兩端電壓的最小值，據(jù)此得出AB之間的電壓范圍；
（4）先根據(jù)圖乙讀出定值電阻R₁和R₄接入電路時電流，然后P=UI即可求出滑動變阻器消耗的電功率之比．

解答 解：（1）閉合開關(guān)前，需將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，故將滑片移到最右端；
電流表的示數(shù)：I=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{2V}{5Ω}$=0.4A；
（2）根據(jù)圖乙可知，在導(dǎo)體兩端電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比；
（3）因為R₄的阻值最大，因此當(dāng)R₄接入電路時，電壓表示數(shù)剛好為2V，說明R₄兩端的最小電壓為2V，因此為了用以上四個定值電阻完成實(shí)驗且確保電路安全，應(yīng)控制A、B兩點(diǎn)之間的電壓在大于2V范圍內(nèi)；
由于電流表的量程為0.6A，因此定值電阻兩端允許的最大電壓：U_最大=I_最大R₁=0.6A×5Ω=3V；
故A、B兩點(diǎn)之間的電壓范圍為2V～3V；
（4）根據(jù)圖乙可知，當(dāng)R₁接入電路時，電路電流為0.4A；當(dāng)R₄接入電路時，電路電流為0.1A；
因為定值電阻兩端電壓相等，電源電壓不變，因此滑動變阻器兩端電壓也相等；
由P=UI可得，滑動變阻器消耗的電功率之比：P₂：P₃=I₁：I₄=4：1．
故答案為：（1）右；0.4；（2）反；（3）2；3；（4）4：1．

點(diǎn)評 此題是探究電阻上的電流跟它兩端電壓關(guān)系的實(shí)驗，注意控制變量法在實(shí)驗中的應(yīng)用，考查了實(shí)驗結(jié)論的得出，同時考查了I-R圖象的分析．