Question

現要做探究“電阻一定時，電流與電壓的關系”的實驗．實驗中可供使用的器材有：
A．電流表（量程0～0.6A，0～3A）
B．電壓表（量程0～3V，0～15V）
C．定值電阻R₁（阻值為3Ω）
D．定值電阻R₂（阻值為10Ω）
E．滑動變阻器R₁′（10Ω，2A）
F．滑動變阻器R₂′（100Ω，1A）
G．干電池二節 （一節干電池的電壓為1.5V）
H．開關S一個，導線若干．則：
現利用以上部分器材，探究“電阻一定時，電流與電壓的關系”，要求實驗過程中電表的最大示數能超過電表量程的一半，同時又考慮操作的方便．則：
（1）用來探究的定值電阻R應選______，滑動變阻器R′應選______（選填實驗器材前的字母代號）；電流表的量程應選______．
（2）根據實驗要求，在如圖所示的虛線框內，正確畫出實驗所需的電路圖．（其中，部分電路已畫出）
（3）根據所畫的電路圖，用筆畫線代替導線將實物圖連接起來，要求滑動變阻器的滑片P向左移動阻值變小，使之成為符合實驗要求的電路．（其中，部分導線已連好）
（4）某小組的同學還想通過此連接好的電路測量所選定值電阻的阻值．如果要比較精確測量所選定值電阻的阻值，要求電表的指針至少達到量程的三分之一，同時又要防止損壞電表，那么滑動變阻器連入電路中的阻值變化范圍是______Ω．

Answer 1

解：（1）由于電路中電流會很小，所以電流表選擇0～0.6A的量程．
因為要求實驗過程中電表的最大示數能超過電表量程的一半．
若選擇D，當滑動變阻器的阻值為零時，電路中的電流I===0.3A，未超過電流表量程的一半，所以不可以．
如若選擇C，當滑動變阻器的阻值為零時，電路中的電流I′===1A，所以可以選擇．
由上計算可知，選擇最大阻值為10Ω的滑動變阻器便可達到要求，而最大阻值為100Ω太大，不便操作．
（2）根據要求畫出電路圖，電壓表、電流表、滑動變阻器串聯，電壓表與電阻R并聯，電路圖如圖．

（3）根據電路圖連接實物圖，如圖所示．

（4）電表的指針至少達到量程的三分之一，同時又要防止損壞電表，所以電阻兩端的最大電壓為3V，最大電流為0.6A，根據二者計算滑動變阻器的最小值；最小電流為0.2A，最小電壓為1V，根據二者計算滑動變阻器的最大值．
當電流為0.2A時，電阻兩端的電壓U=IR=0.2A×3Ω=0.6V
未達到1V，所以應按電壓表計算滑動變阻器的最大值．此時電流I₁===A
則電路中的總電阻為R_總===9Ω
滑動變阻器的最大阻值為R_大=9Ω-3Ω=6Ω
當電流為0.6A時，電壓表的示數為U′=I′R=0.6A×3Ω=1.8V，未超過電壓表的量程．所以此時是滑動變阻器的最小值．
電路中的總電阻為R_總′===5Ω
滑動變阻器的最大阻值為R_小=5Ω-3Ω=2Ω
因此滑動變阻器的變化范圍應為2Ω～6Ω．
故答案為：（1）C；E；0～0.6A；（2）見上圖；（3）見上圖；（4）2Ω～6Ω．
分析：（1）根據實驗過程中電表的最大示數能超過電表量程的一半進行分析．計算出當滑動變阻器為零時通過兩電阻的電流，選擇電流值能超過量程0～0.6A一半的．根據定值電阻選擇滑動變阻器的型號．
（2）要掌握此實驗中電路圖的畫法．其中電流表、電阻、滑動變阻器串聯，電壓表與電阻并聯．
（3）根據電路圖連接實物圖．在連接過程中注意電壓表、電流表的量程和正負接線柱的接法及滑動變阻器的接法，滑動變阻器要接一上一下．
（4）根據題意判斷出電流的最大值和最小值及電壓表的最大值和最小值，然后根據歐姆定律及串聯電路的知識進行計算．
點評：此題是探究“電阻一定時，電流與電壓的關系”的實驗，考查了學生對儀器量程的選擇，這是在實際操作中常遇到的問題，但分析起來難度比較大一些，屬于難點內容．在題目中還考查了有關電路圖和實物電路的連接及最值的求法．