Question

17．小明用如圖所示的電路探究“電流與電阻的關(guān)系”，器材如下：電壓為3V的電源，標(biāo)有“20Ω 2A”字樣的滑動(dòng)變阻器，阻值為5Ω、10Ω、20Ω的定值電阻各一個(gè)，電流表、電壓表、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線．
（1）小明把5Ω的電阻接入電路，變阻器的滑片P移到阻值最大處，閉合開(kāi)關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)而電壓表無(wú)示數(shù)，則電路的故障可能是電壓表斷路（寫出一種）．
（2）排除故障后，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，小明用10Ω的電阻替換5Ω的電阻，馬上閉合開(kāi)關(guān)S，為了保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)將滑片P從原位置向B端（選填“A”或“B”）移動(dòng)．但老師指出此操作有缺漏，你認(rèn)為應(yīng)補(bǔ)充的操作是：閉合開(kāi)關(guān)前先將滑片P移至阻值最大處．
（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示，可得出結(jié)論：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	定值電阻/Ω	電流表示數(shù)/A
1	5	0.4
2	10	0.2
3	20	0.1

（4）此實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器起到了保護(hù)電路元件安全和控制R兩端的電壓不變的作用．
（5）當(dāng)小明改用50Ω的電阻繼續(xù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，都無(wú)法使電壓表示數(shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的值，你認(rèn)為“電壓表的示數(shù)無(wú)法達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的值”的原因肯能是C
A．滑動(dòng)變阻器的阻值太大     B．電壓表量程選小了
C．滑動(dòng)變阻器的阻值太小    D．滑動(dòng)變阻器燒壞了．

Answer 1

分析 （1）常見(jiàn)電路故障有斷路與短路，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因．
（2）根據(jù)串聯(lián)電路分壓的規(guī)律可知用10Ω的電阻替換5Ω的電阻后電阻兩端電壓的變化情況，再根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律判斷滑動(dòng)變阻器兩端電壓的變化，進(jìn)一步確定滑片移動(dòng)的方向．
（3）電壓一定，電流與電阻成反比；
（4）利用滑動(dòng)變阻器來(lái)控制電阻兩端電壓不變．
（5）根據(jù)串分壓的知識(shí)，當(dāng)電阻的阻值最大時(shí)，所需的滑動(dòng)變阻器阻值最大，計(jì)算出此時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值得出滑動(dòng)變阻器的規(guī)格；根據(jù)另一滑動(dòng)變阻器的最大阻值求出電阻的阻值，便可得出結(jié)論．

解答 解：（1）閉合開(kāi)關(guān)S，電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路；電壓表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電壓表斷路或與電壓表并聯(lián)的R短路；
（2）用10Ω的電阻替換5Ω的電阻后，由于串聯(lián)電路起分壓作用，因此定值電阻兩端電壓變大，即電壓表的示數(shù)變大，要保持電壓表示數(shù)不變，需增大滑動(dòng)變阻器兩端電壓，由串聯(lián)電路分壓規(guī)律可知，需增大滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，故將滑片向B端移動(dòng)；用10Ω的電阻替換5Ω的電阻后，電壓表示數(shù)變大，因此電壓表可能被燒壞，更換電阻后，應(yīng)先將滑動(dòng)變阻器的滑片P處于最大阻值處，再閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P使電壓表的示數(shù)為原來(lái)電壓值；
（3）由表格中數(shù)據(jù)知，電流與電阻的乘積為定值U=IR=0.4A×5Ω=0.2A×10Ω=0.1A×20Ω=2V，可得：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體中的電流與電阻成反比；
（4）該實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的作用除了保護(hù)電路外，其主要作用是控制電阻兩端的電壓保持2V不變．
（5）改用50Ω的電阻時(shí)，則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為：
U_滑=3V-2V=1V，
$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{U}{R}$，即$\frac{1V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{50Ω}$
所以R_滑=25Ω
分析知，可能是小明選用的滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，故選C．
故答案為：（1）電壓表斷路；（2）B；閉合開(kāi)關(guān)前先將滑片P移至阻值最大處；（3）反；（4）控制R兩端的電壓不變；（5）C．

點(diǎn)評(píng) 本題是探究電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，考查了控制變量法的應(yīng)用，電流與電阻的關(guān)系及歐姆定律在串聯(lián)電路中的應(yīng)用．