Question

4．在“探究一定電壓下，電流與電阻的關系”的實驗中，老師提供的實驗器材有：電源（電壓恒為6V），電流表、電壓表一個各一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動變阻器（規(guī)格分別為“20Ω 1A”、“50Ω 0.5A”），導線若干．

（1）電路連接正確后，閉合開關前，滑片應置于A端（選填“A”或“B”）．
（2）閉合開關S，無論如何移動滑動變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)幾乎為零，電壓表示數(shù)約為6V，此時，電路出現(xiàn)的故障可能是定值電阻R開路；小明排出故障后繼續(xù)實驗．
（3）小明先將5Ω電阻接入電路，調節(jié)滑動變阻器的滑片P，使電壓表示數(shù)為2V，電流表示數(shù)如圖乙所示為0.4A；再將5Ω的電阻更換為10Ω電阻，此時電流表示數(shù)為0.3A，小明發(fā)現(xiàn)電流與電阻不成反比，原因是未調節(jié)滑動變阻器的滑片使定值電阻兩端的電壓保持不變．接下來的操作是：應將滑動變阻器適當向A（選填“A”或“B”）移動，直到電壓表示數(shù)為2V，同時記下電流表的示數(shù)．
（4）若完成用四個定值電阻進行實驗，他應該選擇的滑動變阻器規(guī)格是“50Ω 0.5A”．
（5）同組小華從其他組借來30Ω電阻替換R時，無論怎樣調節(jié)滑動變阻器，都不能使電壓表示數(shù)為2V，分析其可能的原因滑動變阻器的最大阻值太小．（答出一種情況即可）

Answer 1

分析 （1）閉合開關前，應將滑動變阻器的滑片移至最大阻值處；
（2）電流表示數(shù)為零，可能是電流表斷路或短路或電流表之外電路斷路；電壓表有明顯偏轉，說明電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路；
移動滑片電壓表示數(shù)幾乎不變，可能是滑動變阻器同時接上面兩個或下面兩個接線柱，或電路斷路，電壓表直接接在電源兩端，綜合分析可知故障原因是與電壓表并聯(lián)的電阻R斷路；
（3）電流表讀數(shù)：首先確定使用的量程，然后確定每一個大格和每一個小格代表的示數(shù)；
在研究電流與電阻的關系時，應該控制電阻兩端的電壓不變，是通過移動滑動變阻器的滑片實現(xiàn)的；
當換接阻值更大的電阻后，電阻兩端的電壓會增大，然后確定滑動變阻器的阻值變化，得出滑片的移動方向；
根據(jù)歐姆定律計算出電阻兩端的電壓值；
（4）由歐姆定律求出最大阻值的滑動變阻器接入電路時的電路電流，然后由串聯(lián)電路特點及歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，然后選擇滑動變阻器；
（6）根據(jù)串分壓的知識結合歐姆定律分析造成現(xiàn)象的原因．

解答 解：（1）為了保護電路，閉合開關前，滑動變阻器的滑片應位于最大阻值處；
由圖知，滑動變阻器的下面接了右下端的B接線柱，所以閉合開關前，要將滑動變阻器滑片移至A端，使其阻值最大．
（2）開關閉合后，電流表示數(shù)幾乎為零，說明電路是開路；電壓表示數(shù)約為6V，說明電壓表通過電流表和滑動變阻器與電源兩極相連，因此是定值電阻R開路．
（3）電流表選擇0～0.6A量程，每一個大格代表0.2A，每一個小格代表0.02A，電流表示數(shù)為0.4A．
小明在做“探究電流與電阻的關系”實驗時，將滑片P滑至阻值最大處后，閉合開關S就直接讀出了電流表的示數(shù)，這種操作是錯誤的；
他沒有明確實驗的目的，要探究電流與電阻的關系，必須通過移動滑動變阻器的滑片，來控制電阻兩端的電壓不變．
在滑動變阻器的電阻值Rp不變的情況下，電路中由于將5Ω的定值電阻換成10Ω的定值電阻，使整個電路的總電阻增大，利用公式I=UR可知，電路中的總電流減��；根據(jù)U=IR可知，此時滑動變阻器兩端的電壓的減小；根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各分電壓之和可知，定值電阻兩端的電壓變大；
要使電壓表的示數(shù)不變，只能減小電路中的電流，所以要使電路中的電阻增大，即滑片P向A端移動增大電阻；
要保持電阻兩端的電壓不變，即電壓表示數(shù)為：U=IR=0.4A×5Ω=2V；
（4）當20Ω的電阻接入電路時，電路電流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，
此時滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，
滑動變阻器接入電路的阻值R=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4V}{0.1A}$=40Ω，
則應選規(guī)格為“50Ω  0.5A”的滑動變阻器．
（6）換接30Ω電阻時，根據(jù)串分壓的知識，電壓表的示數(shù)變大，為使電壓表的示數(shù)不變，所需滑動變阻器的阻值更大，
電壓表的示數(shù)無法達到2V，可能是滑動變阻器的最大阻值太�。ɑ蚨ㄖ惦娮鑳啥说碾妷罕３痔�低或電源電壓太高）．
故答案為：（1）A；
（2）定值電阻R開路；
（4）0.4；未調節(jié)滑動變阻器的滑片使定值電阻兩端的電壓保持不變；A；2；
（5）“50Ω 0.5A”；
（6）滑動變阻器的最大阻值太�。ɑ蚨ㄖ惦娮鑳啥说碾妷罕３痔�低或電源電壓太高）．

點評 本題是“探究一定電壓下，電流與電阻的關系”的實驗，考查了電路的連接、電路故障的判斷、滑動變阻器使用及選擇等，屬該實驗的常見問題，應熟練掌握．實驗中應控制定值電阻兩端的電壓不變，應用串聯(lián)電路特點及歐姆定律是解題的關鍵．