Question

12．小明利用如圖甲所示的電路探究“電流跟電阻的關系”．已知電源電壓為6V且保持不變，實驗用到的電阻阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω．

（1）閉合開關后，發現電流表無示數，而電壓表有示數，原因可能是R斷路．
（2）排除故障后進行實驗，實驗中多次改變R的阻值，調節滑動變阻器滑片，使電壓表示數保持不變，記下電流表的示數，得到如圖乙所示的電流隨電阻R變化的圖象；
①請在圖象上用一塊陰影部分面積表示實驗時R兩端電壓數值的大小．
②上述實驗中，小明用5Ω的電阻做完實驗后，然后將10Ω的電阻接入電路，此時應該向左（選填“左”或“右”）移動滑片．
（3）實驗室提供了三個不同規格的滑動變阻器：A：“30Ω  2A”，B：“50Ω  1A”，C：“100Ω  0.1A”，要完成整個實驗，應該選取滑動變阻器B（填代號）．
（4）小明還想測一電阻R_X的阻值，但電壓表出現了故障不能使用，他用原有的電流表、滑動變阻器，增添一個定值電阻R₀和一個單刀雙擲開關，設計了如圖24所示的電路．測量時，閉合S₁，將S₂撥到l，電流表的示數為I₁；將S₂撥到2，電流表的示數為I₂，小明說待測電阻R_x=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$．老師說該設計不合理，原因是開關從1撥向2時，R_X兩端電壓發生了變化．

Answer 1

分析 （1）電流表無示數，說明電路中有斷路的地方，電壓表有示數，說明電壓表兩接線柱與電源兩極相連；
（2）①根據歐姆定律的變形公式U=IR可知，R兩端電壓數值的大小等于曲線上一點對應的電流和電阻的乘積；
②將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，電路中的總電阻變大，電路中的電流減小，滑動變阻器兩端的電壓減小，電壓表的示數變大；要探究電流和電阻之間關系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯的電壓表示數不變，為保證電阻兩端的電壓不變，要通過調節滑片，使滑動變阻器兩端的電壓變大，從而使電阻兩端的電壓變為原來的值．
（3）實驗中電壓表的示數2V不變，根據歐姆定律求出電阻為5Ω、10Ω、20Ω時電路中的電流，根據串聯電路的分壓特點求出滑動變阻器接入電路的電阻即可得出所選取滑動變阻器的規格．
（4）由于滑動變阻器串聯在電路中，當開關S₂由1撥到2時，電阻兩端的電壓發生變化，而實驗中認為電阻兩端電壓不變，導致實驗錯誤，實驗電路圖設計不合理．

解答 解：（1）電流表物示數，說明電路斷路，電壓表有示數，說明電壓表兩接線柱與電源兩極相連，即電阻R斷路；
（2）①電阻R兩端電壓數值的大小等于曲線上一點對應的電流和電阻的乘積，故用一塊陰影部分面積表示，如圖所示：

②將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，串聯電路的總電阻變大，根據歐姆定律可知電路中電流變小，滑動變阻器分得的電壓變小，電阻分得的電壓變大；要探究電流和電阻之間關系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯的電壓表示數不變，所以應調節滑片向左移動，增大滑動變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數達到2V時，讀取電流表示數．
（3）電壓表的示數2V不變，R的阻值為5Ω、10Ω、20Ω時，根據I=$\frac{{U}_{R}}{R}$可得，對應的電流依次為0.4A、0.2A、0.1A，因為電路中電流大于0.1A，所以不選C；
滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，根據R_滑=$\frac{{U}_{R}}{I}$可得，滑動變阻器接入電路的電阻依次為10Ω、20Ω、40Ω，因此A規格滑動變阻器的阻值范圍太小，所以不選A；而B規格的滑動變阻器符合要求，故選B．
（4）在該實驗設計中：由于滑動變阻器串聯在電路中，當S₂由1撥到2時，電阻兩端的電壓發生變化，而實驗中認為電壓不變，導致實驗計算結果錯誤，該實驗存在缺陷，設計不合理．．
故答案為：（1）R斷路；（2）②左；（3）B；（4）開關從1撥向2時，R_X兩端電壓發生了變化．

點評 本題考查了連接電路圖、分析圖象找出電流與電阻的關系、滑動變阻器的調節、求滑動變阻器的阻值等問題，由圖象丙找出電流與電阻的對應關系、熟練掌握串聯電路特點與歐姆定律是正確解題的關鍵．