Question

4．甲乙丙三位同學組成的某小組用如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）甲同學將5Ω定值電阻接入電路后，閉合開關，發現電流表無示數而電壓表有示數，則電路中的故障可能是電阻R₁斷路；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）他們將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U=1.8 V不變，應將滑動變阻器的滑片P向A （選填“A”或“B”）移動，記錄此時電流表的示數；
（4）將10Ω定值電阻換成20Ω定值電阻，重復（3）中的有關步驟：

實驗次數	定值電阻（Ω）	電流表示數（A）
1	5	0.36
2	10	0.18
3	20	0.09

（5）實驗記錄的多組數據如上表所示．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；
（6）上述三次實驗結束后，丙同學提出換用50Ω的定值電阻進行實驗從而多采集一次數據以增強說服力，你認為是否可行？答不可行，理由是滑動變阻器最大阻值太小，無法保持電壓表示數為1.8V．（需要有必要的計算結果說明）

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）根據電流表和電壓表示數進行分析具體原因；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；
（5）電流與電阻的關系：電壓一定，電流與電阻成反比；
（6）根據歐姆定律求出若換用50Ω的定值電阻進行實驗時結合串聯電路的分壓特點即可判斷電壓表最大示數．

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）電流表無示數，電壓表有示數，說明與電壓表并聯部分發生斷路路，即電阻R₁斷路；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）由題意可知，電阻電阻兩端的電壓為U=IR=0.36A×5Ω=1.8V，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；
（5）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；
（6）當定值電阻為50Ω時，此時滑動變阻器最大阻值為20Ω，根據串聯電路的分壓特點可知：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，則$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{50Ω}{20Ω}$=$\frac{5}{2}$，故定值電阻兩端最小電壓為$\frac{5}{7}$×3V≈2.14V＞1.8V，由此可知無法保持定值電阻兩端電壓始終為1.8V，故丙同學方案不可行．
故答案為：（1）如圖所示；（2）電阻R₁斷路；0.36；（3）1.8；A；（5）反；（6）不可行；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．