Question

13．小華為了探究“電流與電阻的關(guān)系”，設(shè)計了如圖甲所示的電路．她準(zhǔn)備的實驗器材有：電壓恒為3V的電源，電流表、電壓表各一只，一個開關(guān)，阻值分別為10Ω，20Ω，50Ω的定值電阻各一個，一標(biāo)有“20Ω 1A”字樣的滑動變阻器，導(dǎo)線若干．

（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙中的實物連接完整．
（2）小華連接好電路，閉合開關(guān)后，移動滑動變阻器滑片時，發(fā)現(xiàn)電流表指針正常偏轉(zhuǎn)，電壓表示數(shù)為零，故障的原因可能是R處發(fā)生短路．
（3）故障排除后，小華先把10Ω的電阻接入電路，移動滑動變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為2V，讀出電流表示數(shù)后，斷開開關(guān)，她直接拆下10Ω的電阻，改換成阻值為20Ω的電阻繼續(xù)做實驗，閉合開關(guān)，電壓表示數(shù)如圖丙所示，其示數(shù)是2.4V，要完成這次實驗，接下來她應(yīng)將變阻器滑片向右端（選填“左”或“右”）移動，使電壓表的示數(shù)為2V．
（4）當(dāng)小華改用50Ω的電阻繼續(xù)實驗時，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑動變阻器滑片，都無法使電壓表示數(shù)達(dá)到實驗要求的值，你認(rèn)為“電壓表的示數(shù)無法達(dá)到實驗要求的值”的原因可能是C
A．滑動變阻器的阻值太大　　       B．電壓表量程選小了
C．滑動變阻器的阻值太小　　       D．滑動變阻器燒壞了
（5）小華解決了上述問題后，完成了實驗．利用收集到的多組數(shù)據(jù)作出了的電流I隨電阻R變化的關(guān)系圖象（如圖丁所示）．分析圖象得出了電流與電阻的關(guān)系是電壓一定時，電流與電阻成反比．

Answer 1

分析 （1）分析圖甲所示電路結(jié)構(gòu)，明確各電路元件的連接方式，根據(jù)電源電壓確定電壓表的量程，按一上一下的原則將變阻器連入電路中，然后連接實物電路圖．
（2）電流表指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)說明電路是通路，電壓表無示數(shù)說明電壓表被短路，據(jù)此進(jìn)行解答；
（3）根據(jù)圖丙電壓表量程確定分度值讀數(shù)；研究電流與電阻的關(guān)系時，要控制電壓不變，先根據(jù)分壓原理確定電壓表示數(shù)的變化，再結(jié)合串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，確定滑片移動的方向，使電壓表的示數(shù)不變?yōu)?V；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律確定變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理確定變滑動變阻器連入電路中的電阻大小，與所給的變阻器比較確定電壓表不能達(dá)到要求的原因；
（5）分析圖丙中圖象，曲線上每一點對應(yīng)的電流和電阻的乘積相等，說明電壓一定時，導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．

解答 解：（1）由圖甲所示電路圖可知，定值電阻R與滑動變阻器串聯(lián)，電源電壓為3V，電壓表選用小量程，電壓表與定值電阻并聯(lián)，注意電壓表正負(fù)接線柱的接法，電流表串聯(lián)在電路中，按一上一下的原則將變阻器連入電路中，根據(jù)電路圖連接實物電路圖，如下圖所示：

（2）由上分析，小華連接好電路，閉合開關(guān)后，移動滑動變阻器滑片時，發(fā)現(xiàn)電流表指針正常偏轉(zhuǎn)，電壓表示數(shù)為零，故障的原因可能是：R處發(fā)生短路；
（3）由圖丙可知，電壓表所選量程為0～3V，分度值為0.1V，根據(jù)指針位置可知，其示數(shù)是2.4V，
拆下阻值為10Ω的電阻改換成阻值為20Ω的電阻．閉合開關(guān)，根據(jù)分壓原理，電壓表的示數(shù)會變大，
因電流與電阻的關(guān)系時，要控制電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)增大滑動變阻器的阻值，由分壓原理，應(yīng)增大變阻器連入電路中的電阻大小，則應(yīng)將變阻器滑片向右移動，使電壓表的示數(shù)不變?yōu)?V；
（4）當(dāng)小華改用50Ω的電阻繼續(xù)實驗時，根據(jù)分壓原理，變阻器分得的電壓為U_滑=3V-2V=1V，變阻器的電壓為電壓表示數(shù)的$\frac{1V}{2V}$=$\frac{1}{2}$，根據(jù)分壓原理，變阻器連入電路中的電阻大小為$\frac{1}{2}$×50Ω=25Ω＞20Ω，因變阻器的最大阻值小于25Ω，所以發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑動變阻器滑片，都無法使電壓表示數(shù)達(dá)到實驗要求的值，故選C．
（5）分析圖丙圖象，曲線上每點對應(yīng)的電流和電阻的乘積：U=IR=0.2A×10Ω=0.1A×20Ω=…=2V，即電壓一定時，電流與電阻成反比．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）R處發(fā)生短路；
（3）2.4；右；2；
（4）C；
（5）電壓一定時，電流與電阻成反比．

點評 本題探究“電流與電阻的關(guān)系”，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、器材的選用、分析數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力及控制變量法的應(yīng)用，綜合性較強(qiáng)．