Question

2．在“探究一定電壓下，電流與電阻的關系”的實驗中，老師提供的實驗器材有：電壓恒為4.5V的電源，電流表、電壓表、開關各一個，三個定值電阻（10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動變阻器（規格分別為“20Ω 2A”、“50Ω 1A”）．導線若干．
（1）請根據圖甲的電路圖用筆畫線將圖乙實物圖連接完整．

（2）連接好電路后，閉合開關，無論如何移動滑動變阻器的滑片P，發現只有電流表指針偏轉，但電壓表示數為0，若各電表沒問題，那么此時電路出現的故障可能是定值電阻短路．
（3）小明在排除故障后繼續實驗，他先在a，b間先接入10Ω的電阻，閉合開關，移動滑片P，使電壓表的示數為1.5V，并記下相應的電流值；再改接15Ω的電阻，此時滑片P應向F（選填“E”或“F”）端移動，小李移動變阻器滑片P的目的是：使電阻兩端的電壓保持1.5V不變．
（4）小李為完成用三個定值電阻的實驗，他應選擇的滑動變阻器規格是“50Ω 1A”．
（5）不改變圖中實驗器材，還可以完成的實驗有伏安法測電阻（或伏安法測電功率）（寫一個即可）．

Answer 1

分析 （1）強電流表串聯在電路中，根據電壓表的量程及電阻的最小阻值確定電流表的量程；
（2）只有電流表指針偏轉，說明沒有斷路，但電壓表示數為0，則可能與電壓表并聯的電路短路；
（3）將10Ω的電阻換成了15Ω的電阻時，根據串分壓的特點，電壓表的示數將變大；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，應增大滑動變阻器的阻值，從而使電阻兩端的電壓變為原來的值；
（4）根據串分壓的知識，定值電阻越大，所需的滑動變阻器的阻值越大，根據定值電阻的最大阻值結合歐姆定律便可計算出所需滑動變阻器的最大阻值．
（5）已知電流和電壓，可根據R=$\frac{U}{I}$求電阻或根據P=UI計算電功率．

解答 解：（1）將電流表與電阻串聯，電壓表的量程為0～3V，所以電阻兩端的最大電壓為3V，電阻的最小阻值為10Ω，所以電阻的最大電流：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，所以電流表可選擇0～0.6A的量程，如圖所示：

（2）閉合開關，無論如何移動滑動變阻器的滑片P，發現只有電流表指針偏轉，則沒有發生斷路，但電壓表示數為0，則可能與電壓表并聯的定值電阻短路造成；
（3）將10Ω的電阻換成了15Ω的電阻時，定值電阻分得的電壓變大，此時應增大滑動變阻器接入電路的電阻，將滑片向F移動，使電壓表的示數達到1.5V不變，讀取電流表示數．因此移動變阻器滑片P的目的保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變．
（4）當定值電阻的阻值為20Ω時，電流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A；
所需滑動變阻器的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-1.5V}{0.075A}$=40Ω＞20Ω，所以所選變阻器的規格應為：“50Ω  1A”．
（5）根據所給的器材，可得知電阻兩端的電壓及通過電阻的電流，所以可以測電阻或測電功率．
故答案為：（1）見上圖；（2）定值電阻短路；（3）F；使電阻兩端的電壓保持1.5V不變；（4）“50Ω  1A”；（5）伏安法測電阻（或伏安法測電功率）．

點評 本題考查了探究電流跟電阻關系的實驗，探究的方法是控制變量法；并且能夠根據題目數據選擇合適的滑動變阻器，考查了對歐姆定律的應用，同時考查了電路故障的分析，要通過電流表的示數判斷斷路還是短路，通過電壓表的情況判斷具體位置．