Question

4．某同學用圖甲所示的實驗器材探究“電流與電阻的關系”，電源電壓恒為3V，滑動變阻器上標有“20Ω，2A”字樣，阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值電阻各一個． 

（1）請你用筆畫線代替導線，把圖甲所示的實驗電路補充完整．
（2）該同學將5Ω定值電阻接入電路后，閉合開關，發現電流表有示數而電壓表無示數，則電路中的故障可能是定值電阻R₁短路（寫出一種）；排除故障后，閉合開關，調節滑動變阻器的滑片P，使電流表的示數如圖乙所示，此時電路中的電流為0.36A．
（3）將5Ω定值電阻換成10Ω定值電阻，閉合開關，為了保持電壓表的示數不變，應將滑動變阻器的滑片P向A（選填“A”或“B”）移動，記錄此時各表的示數．
（4）將10Ω定值電阻換成20Ω定值電阻，重復步驟（3）；實驗記錄的多組數據如下表所示．分析數據可得出結論：當電壓一定時，通過導體中的電流與電阻成反比．

實驗次數	定值電阻（Ω）	電流表示數（A）
1	5
2	10	0.18
3	20	0.09

（5）實驗結束后，該同學問老師在此實驗中能否換用50Ω的定值電阻進行實驗？老師指導該同學分析了不能更換的原因．你認為其原因是滑動變阻器最大阻值太小，無法保持電壓表示數為1.8V．

Answer 1

分析 （1）電壓表與電阻并聯，電流表、滑動變阻器與電阻串聯，滑動變阻器要接一上一下；
（2）根據電流表有示數，則電路沒有發生斷路，電壓表有示數，則說明電阻兩端無電壓，可能與電壓表并聯的電路短路；根據電流表的量程和分度值讀出電流值；
（3）根據串聯電路的分壓特點，換接電阻后，應保持電壓表的示數不變，根據串分壓的知識判斷滑片的移動方向；
（4）電流與電阻的關系：電壓一定，電流與電阻成反比；
（5）根據表格中數據確定定值電阻兩端的電壓，由歐姆定律及串聯電路的電壓規律求出若換用50Ω的定值電阻時所需滑動變阻器的阻值，結合變阻器的規格便可得出結論．

解答 解：（1）電壓表與電阻并聯，由于電源電壓為3V，所以應選擇0～3V的量程；滑動變阻器已接了下面一個接線柱，可再接上面任意一個接線柱，如圖所示：

（2）電流表有示數，電壓表無示數，說明與電壓表并聯部分發生短路，或定值電阻R₁短路；
由乙圖知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.36A；
（3）將5Ω電阻換成10Ω后，電壓表的示數會變大，所以應該增大滑動變阻器的阻值，即應將滑動變阻器的滑片P向A移動，使電壓表仍為原來的示數不變；
（4）電流和電阻的關系為：當電壓一定時，通過導體中的電流與電阻成反比；
（5）根據表格中數據可知，電阻兩端的電壓為：
U=IR=0.18A×10Ω=1.8V；
當定值電阻為50Ω時，
因為$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
即$\frac{1.8V}{3V-1.8V}$=$\frac{50Ω}{{R}_{滑}}$，
解得：R_滑≈33.3Ω
由于滑動變阻器的最大阻值為20Ω，無法保持定值電阻兩端電壓始終為1.8V．
故答案為：（1）如圖所示；（2）定值電阻R₁短路；0.36；（3）電壓；A；（5）反；（6）滑動變阻器最大阻值太小，無法保持電壓表示數為1.8V．

點評 此題是探究電流和電阻的關系實驗，考查了控制變量法的應用，同時考查了電流表、電壓表、滑動變阻器的接法，考查了電流表的讀數及電阻的計算，涉及到了串聯電路中電流、電壓的關系及歐姆定律的靈活應用．