Question

4．小敏用如圖甲所示的電路圖，研究通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻的關(guān)系，電源電壓恒為6V．改變電阻R的阻值，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，保持R兩端的電壓不變，記下相應(yīng)的4次實(shí)驗(yàn)的電流和電阻值，描繪在乙圖中．

（1）在連接電路過程中，開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)．
（2）連好電路閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，則故障可能是；定值電阻發(fā)生短路；
（3）實(shí)驗(yàn)過程中，移動(dòng)變阻器滑片時(shí)，眼睛應(yīng)注視B（選填序號）；
A．變阻器滑片 B．電壓表示數(shù)   C．電流表示數(shù)
（4）根據(jù)小敏的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，電壓表應(yīng)選擇0～3V的量程；
（5）實(shí)驗(yàn)中將5Ω電阻換成10Ω電阻后，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）端移動(dòng)，使用滑動(dòng)變阻器的目的是保持定值電阻兩端的電壓不變
（6）實(shí)驗(yàn)中，他所選擇的變阻器是C（選填序號）；
A．10Ω 0.5A      B．20Ω 1A      C．50Ω 2A
（7）同組成員小兵同學(xué)，選擇了“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω”的定值電阻，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“15Ω 1A”的，他在完成該實(shí)驗(yàn)時(shí)，他控制定值電阻兩端的電壓為2V不變，當(dāng)20Ω的電阻接入A．b間時(shí)，他發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù) 始終無法達(dá)到2V，請你幫他想出一種解決方法：可以換用最大阻值更大的滑動(dòng)變阻器，增大滑動(dòng)變阻器的最大分壓．

Answer 1

分析 （1）為防止發(fā)生短路，電路連接過程中，開關(guān)要處于斷開狀態(tài)．
（2）電流表有示數(shù)，說明整個(gè)電路是通路，電壓表無示數(shù)，說明燈泡的電阻相對于整個(gè)電路的電阻來說很小，所以燈泡能夠分得的電壓很小，其原因是滑動(dòng)變阻器連入電路阻值過大所致．
（3）實(shí)驗(yàn)研究的是電流與電阻的關(guān)系，因此必須控制電阻兩端的電壓值一定，所以眼睛應(yīng)注視電壓表的示數(shù)，移動(dòng)滑片保持電壓表示數(shù)不變；
（4）根據(jù)圖象坐標(biāo)軸所表示的量，應(yīng)用歐姆定律分析答題；根據(jù)電阻兩端電壓確定電壓表量程；
（5）如果將5Ω的電阻換成10Ω的電阻后，運(yùn)用控制變量法可知，研究電流與電阻的關(guān)系，需控制電壓為定值；滑動(dòng)變阻器是靠改變接入電路中電阻絲的長度來改變阻值大小的；
（6）根據(jù)圖乙可知實(shí)驗(yàn)中的最小電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器的阻值即可確定滑動(dòng)變阻器的規(guī)格；
（7）由電路圖可知，定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理分析電壓表示數(shù)始終無法達(dá)到2.5V的原因，并提出改進(jìn)措施．

解答 解：（1）在連接電路過程中，開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)，以防止電路因連線錯(cuò)誤而發(fā)生短路燒毀電源．
（2）根據(jù)電路圖可知，定值電阻和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測量定值電阻兩端電壓，電流表測量電路電流．
如果定值電阻發(fā)生了斷路，則電路為斷路，電流表示數(shù)為零，電壓表測量電源電壓，有示數(shù)；
如果定值電阻發(fā)生短路，電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為零，無示數(shù)；
（3）探究電壓一定時(shí)，電流與電阻的關(guān)系時(shí)，在不斷的改變定值電阻的同時(shí)，必須不斷的移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，使得電壓表的示數(shù)是一個(gè)定值，故在移動(dòng)滑片的同時(shí)，眼睛觀察電壓表的示數(shù)；
（4）由圖乙所示圖象可知，由I=$\frac{U}{R}$，可得，當(dāng)R=20Ω時(shí)，U=IR=0．A×20Ω=2V，電壓表應(yīng)該選擇0～3V量程．
（5）探究電流和電阻的關(guān)系，應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變，將5Ω電阻換成10Ω電阻后，電壓表的示數(shù)會(huì)變大，則應(yīng)增大變阻器的阻值，將滑片向右端移動(dòng)，運(yùn)用控制變量法可知，使用滑動(dòng)變阻器的目的是為保持定值電阻兩端的電壓不變
（6）由圖乙可知，實(shí)驗(yàn)中的最小電流I=0.1A，電壓表的示數(shù)U_R=2V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4V}{0.1A}$=40Ω，
所以，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為C；
（7）定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，通過它們的電流相等，
當(dāng)定值電阻為20Ω且電阻兩端電壓是2.5V時(shí)，
電路電流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2.5V}{20Ω}$=0.125A；
此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓U_滑=U-U_R=6V-2.5V=3.5V，
此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.125A}$=28Ω＞15Ω，由于滑動(dòng)變阻器的最大阻值太小，分壓太小，所以電壓表示數(shù)始終無法達(dá)到2.5V；
要完成該實(shí)驗(yàn)：①適當(dāng)降低電源電壓，在定值電阻電壓不變的情況下，可以減小滑動(dòng)變阻器的分壓，使實(shí)驗(yàn)順利完成；
②提高定值電阻兩端的電壓，如定值電阻兩端電壓設(shè)定為3V；
③可以換用最大阻值更大的滑動(dòng)變阻器，增大滑動(dòng)變阻器的最大分壓；
故答案為：（1）斷開；（2）定值電阻發(fā)生短路；（3）B；（4）0～3V；（5）右；保持定值電阻兩端的電壓不變；（6）C；（7）可以換用最大阻值更大的滑動(dòng)變阻器，增大滑動(dòng)變阻器的最大分壓．

點(diǎn)評 本題從實(shí)驗(yàn)的操作、實(shí)物圖的連接、滑動(dòng)變阻器的選擇、歐姆定律的應(yīng)用、電路故障的判斷等方面較為綜合的考查了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的了解情況，從中加強(qiáng)了學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，是一道很好的實(shí)驗(yàn)題．