Question

【題目】小明和同學利用如圖甲所示的實驗電路探究“電流與電阻的關系”，電源是兩節新的干電池，滑動變阻器上標有“20 Ω 0.5 A”字樣，阻值分別為5 Ω、10 Ω、20 Ω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且使滑動變阻器此時接入電路中的阻值最大。

（______）

(2)小組同學將5 Ω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_____；排除故障后，閉合開關，調節滑動變阻器的滑片P，記錄電流表的示數如圖乙所示，此時控制電阻兩端電壓為_____ V。

(3)小明斷開開關，將5 Ω定值電阻換成10 Ω定值電阻后，直接閉合開關，為了保持電壓表的示數不變，應將滑動變阻器的滑片P向_____（選填“A”或“B”）端適當移動，記錄電流表的示數。

(4)將10 Ω定值電阻換成20 Ω定值電阻，重復(3)中的有關步驟。

(5)分析實驗記錄的多組數據可得出結論：當電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻_____。

(6)上述三次實驗結束后，有同學提出增加50 Ω的定值電阻進行實驗從而多采集一組數據以增強說服力，你認為是否可行？答：_____，理由是：_____。

(7)小麗同學也想用小明的實驗器材探究“電流與電阻的關系”，小明提醒小麗，上述實驗器材控制電阻兩端的電壓只能在_____V范圍內。

(8)完成上述探究實驗后，小明重新選擇實驗器材利用如圖丙所示電路圖測量額定電流為0.3 A小燈泡的額定功率，已知定值電阻R0的阻值為10 Ω，電源電壓未知且大于小燈泡的額定電壓。

①開關S接d，將滑動變阻器R的滑片P置于a端，讀出電流表示數為0.6 A。

②_____，此時小燈泡正常發光。

③開關S接d，使滑動變阻器的滑片P保持不動，讀出電流表示數為0.4 A。

④小燈泡額定功率P額=_____W。

Answer 1

【答案】 定值電阻斷路（或電流表短路） 2 A 成反比 不可行 滑動變阻器最大阻值太小（無法控制電壓表示數為2V不變） 1.5～2.5 開關S接c，調節滑動變阻器R的滑片P，使電流表示數為0.3A 1.35

【解析】

(1)[1]由于要求滑動變阻器此時接入電路中的阻值最大，所以，變阻器右下接線柱連入電路中與電阻串聯，由于電源是2節干電池，所以，電壓表選用小量程與電阻并聯即可，如下圖所示

(2)[2]小組同學將5Ω定值電阻接入電路后，閉合開關，發現電流表無示數，說明電路可能斷路，而電壓表有示數，則說明與電壓表并聯的支路以外的電路是完好的，故電路中的故障可能是與電壓表并聯的定值電阻斷路；

[3]由圖乙知道，電流表選用小量程，分度值為0.02A，電流為0.4A，由歐姆定律知道，此時控制電阻兩端電壓為

UV =IR=0.4A×5Ω=2V

(3)[4]由串聯分壓原理知道，將定值電阻由5Ω改接成10Ω的電阻，電阻增大，其分得的電壓增大；探究電流與電阻的實驗中應控制電壓不變，即應保持電阻兩端的電壓不變，由串聯電路電壓的規律知道，應增大滑動變阻器分得的電壓，應增大滑動變阻器連入電路中的電阻，所以，滑片應向A端移動，使電壓表的示數為2V。

(5)[5]分析實驗記錄的多組數據可得出結論是：當電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比。

(6)[6][7]電阻兩端的電壓始終保持UV =2V，由串聯電路電壓的規律知道，變阻器分得的電壓

U滑 =U-UV =3V-2V=1V

變阻器分得的電壓為電壓表示數的0.5倍，根據分壓原理，當接入50Ω電阻時，變阻器連入電路中的電阻為

R滑=0.5×50Ω=25Ω

所以，為了完成整個實驗，應該選取最大阻值至少25Ω的滑動變阻器，故增加50Ω的定值電阻進行實驗從而多采集一組數據以增強說服力，不可行；理由是：變阻器的最大電阻太小；

(7)[8]由串聯電路的規律及分壓原理知道

所以，當變阻器的最大電阻連入電路時，對應的定值電阻最大，此時，電壓表控制的電壓最小

解得U′=1.5V；

由于滑動變阻器上標有“20 Ω 0.5 A”字樣，而當定值阻值阻值最小為5 Ω時，電路的總電阻最小是

即滑動變阻器接入的阻值是1Ω，此時電壓表的示數最大，由串聯分壓知道

故想用實驗器材探究“電流與電阻的關系”，上述實驗器材控制電阻兩端的電壓只能在1.5-2.5V范圍內。

(8)[9][10]實驗步驟：

①開關S接d，將滑動變阻器R的滑片P置于a端，讀出電流表示數為0.6A；

②開關S接c，移動滑動變阻器R的滑片P使電流表示數為0.3A，此時小燈泡正常發光；

③開關S接d，使滑動變阻器的滑片P保持不動，讀出電流表示數為0.4A；

④在①中，為定值電阻的簡單電路，由歐姆定律，電源電壓

U電源 =I1 R0 =0.6A×10Ω=6V

在③中，定值電阻與變阻器串聯，由歐姆定律和電阻的串聯規律：

在②中，由歐姆定律和串聯電路的規律，燈的額定電壓為

U額 =U電源 -U滑 ═U電源 -IR滑 =6V-0.3A×5Ω=4.5V，

小燈泡額定功率

P額=U額I額 =4.5V×0.3A=1.35W