Question

2．小彬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“20Ω2A”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）小彬用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）．
（5）實驗記錄的多組數據如表所示．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

（6）結合實驗數據，小彬能否換用50Ω的定值電阻進行實驗？不能（能、不能），如若不能，則本實驗中的定值電阻最大可為30Ω．

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有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）研究電流與電阻的關系時，應控制電壓表示數不變，根據分壓原理先判斷電壓表示數的變化，根據串聯電路電壓的規律，再確定滑片移動的方向；
（5）分析表中數據得出結論；
（6）研究電流與電阻的關系時，應控制電壓表示數不變，當變阻器最大阻值連入電路時，根據分壓原理求出換用50Ω的定值電阻進行實驗時，電壓表的示數，與1.8V比較；
根據串聯電路電壓的規律，求出變阻器分得的電壓，根據分壓原理求定值電阻允許的最大值．

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，如下圖所示：

（2）電流表有示數，說明電路為通路；電壓表無示數，說明與電壓表并聯部分發生短路，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，根據分壓原理，電壓表的示數會變大，根據串聯電路電壓的特點，應增大變阻器分得的電壓，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）由表中數據可知，電阻是原來的幾倍，電流是原來的幾分之一，所以，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；
（6）由表中數據可知，電壓表示數為10Ω×0.18A=1.8V．假設滑動變阻器連入電路中為最大阻值為20Ω，根據分壓原理，此時變阻器分得的電壓最大，由串聯電路電壓的規律，定值電阻的電壓最小；
根據串聯電路的分壓特點可知，$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}=\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$=$\frac{50Ω}{20Ω}$=$\frac{5}{2}$所以，
根據分壓原理，則定值電阻兩端最小電壓為$\frac{5}{5+2}$×3V≈2.14V＞1.8V，
由此可知，即使變阻器連入電路中的阻值最大，電壓表示數仍超過1.8V，定值電阻兩端電壓始終為1.8V不能滿足；
設允許的最大定值電阻為R_滑，根據串聯電路電壓的規律，變阻器分得的電壓為3V-1.8V=1.2V，定值電阻的電壓為變阻器電壓的$\frac{1.8V}{1.2V}=\frac{3}{2}$倍，根據分壓原理，定值電阻的阻值為變阻器阻值的$\frac{3}{2}$倍，因變阻器的最大阻值為20Ω，所以定值電阻的最大阻值為$\frac{3}{2}$×20Ω=30Ω，
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）定值電阻R₁短路；0.36；
（3）電壓；A；
（5）反；
（6）不能；30．

點評 本題探究電流與電阻的關系，考查了電流表、電壓表、滑動變阻器的接法、器材的選擇、控制變量法的應用，涉及到了串聯電路中電流、電壓的關系及歐姆定律分壓原理的靈活應用，有一定難度．