Question

10．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：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一個，開關一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動變阻器（規格分別為“20Ω 2A”、“50Ω 1A”），導線若干．
（1）請根據如圖甲的電路圖用筆畫線將圖乙中的實物圖連接完整（注意電流表的量程選擇）．

（2）小麗實驗時，在a、b間先接入5Ω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10Ω的電阻，此時滑片P應向F（選填“E”或“F”）端移動，小麗移動變阻器滑片P的目的是：保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變．
（3）小麗為完成用四個定值電阻進行實驗，他應選擇的滑動變阻器規格是50Ω1A，因為當把20Ω電阻接入電路中時滑動變阻器須接入的電阻是：40Ω．
（4）假如接入某一個電阻時，電壓表指針有明顯偏轉，電流表指針幾乎不動，則電路中的故障是：定值電阻斷路．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電流表與電阻R串聯，可根據電壓表的量程和最小定值電阻的阻值確定電路中的最大電流；然后根據電流從正接線流入，負接線柱流出將電流表接入電路中．
（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）判斷滑動變阻器的使用規格，同時要考慮滑動變阻器的電阻和允許通過的最大電流．
（4）電流表沒有示數，即是斷路，此時電壓表有示數，即表明此時測量的是電源電壓．

解答 解：（1）電路中的最大電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A；則電流表的量程為0～0.6A；故將電流表“0.6A”的接線柱與開關的右接線柱相連，“-”接線柱與電阻絲的b接線柱相連；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F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1.5V時，讀取電流表示數．因此小李移動變阻器滑片P的目的保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變．
（3）當20Ω的電阻接入a、b間時，為使電壓表的示數為1.5V，即此時的電流是：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A；滑動變阻器接入電路中的阻值是R=$\frac{U}{I}$=$\frac{4.5V-1.5V}{0.075A}$=40Ω；所以必須選用規格為“50Ω，1A”滑動變阻器；
（4）電流表沒有示數，即是斷路，此時電壓表有示數，即表明此時測量的是電源電壓，故說明此時可能是由于定值電阻斷路導致的．
故答案為：（1）如上圖；（2）F； 保持定值電阻兩端電壓為1.5V；（3）“50Ω  1A”；40；（4）定值電阻斷路．

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，不但考慮滑動變阻器允許通過的電流，也要考慮滑動變阻器的電阻．