Question

9．小明利用如圖甲所示的電路，探究通過“導體的電流跟電阻的關系”．
實驗器材：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一只，一個開關，三個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω），兩只滑動變阻器（10Ω　2A、20Ω　1A），導線若干．

（1）用筆畫線代替導線完成圖甲電路的連接．
（2）實驗中小明發現，無論怎樣移動滑動變阻器的滑片，兩電表的指針始終處于圖乙所示的狀態，則電路故障可能是定值電阻斷路．
（3）排除故障后，多次改變R的阻值，根據實驗數據畫出如圖丙所示的I-R圖象，得到的結論是在電壓不變的情況下，通過導體的電流與電阻成反比．
（4）在上述實驗中，小明先用5Ω的電阻做完實驗后，斷開開關，接著將10Ω的電阻接入電路，閉合開關發現電壓表的示數變大，他應該將滑動變阻器的滑片向A端移動（選填“A”或“B”），使電壓表示數為2.5V．
【拓展】（1）當小明改用15Ω的電阻繼續實驗時，發現無論怎樣移動滑動變駔器的滑片，都無法使電壓表的示數達到實驗要求的值，則小明選用的滑動變阻器的規格是10Ω　2A．
（2）除了更換滑動變阻器的方案以外，小明想到原有器材不變，調整定值電阻兩端的電壓也可以完成實驗，他應控制定值電阻兩端的電壓范圍是2.7V～3V．

Answer 1

分析 （1）電壓表應與定值電阻并聯；
（2）左表為電壓表，示數滿偏，說明電壓表與電源連通；右邊為電流表示為0，說明電路斷路或總電阻很大，據此判斷故障所在；
（3）分析圖丙，得出電流和電阻的反比例關系；
（4）根據分壓原理，確定滑片移動的方向；
拓展（1）當用15Ω的電阻繼續實驗時，將“10Ω 2A”的變阻器變阻器的全部電阻10Ω連入電路，根據歐姆定律求出定值的最小電壓與2.5V比較，確定小明選用的滑動變阻器的規格；
（2）在（1）的基礎上，確定了電壓表最小值，電壓表允許的最大值為3V，根據分壓原理，確定當電壓表示數為3V時，變阻器需要連入電路中的阻值是否小于其最大阻值．

解答 解：（1）將電壓表并聯在定值電阻的兩端，如圖所示；

（2）乙圖中，左表為電壓表，示數滿偏，說明電壓表與電源連通；右邊為電流表示為0，說明電路斷路或總電阻很大，由此可知，與電壓表并聯的定值電阻斷路了；
（3）由圖丙所示圖象可知：通過電阻的電流與電阻值的乘積為2.5保持不變，是一個定值，這說明：在電壓不變時，電流與電阻成反比；
（4）根據圖丙所示的I-R圖象知，電阻兩端的電壓U=IR=5V×0.5A=2.5V保持不變；閉合開關發現電壓表的示數變大，為保持電阻的電壓不變，應增加變阻器分得的電壓，根據分壓原理可知，應增大變阻器連入電路中的電阻，他應該將滑動變阻器的滑片向A端移動，使電壓表示數為2.5V；
拓展
（1）當用15Ω的電阻繼續實驗時，即使將“10Ω 2A”的變阻器變阻器的全部電阻10Ω連入電路，由歐姆定律，此時電路中的電流I=$\frac{U}{R+{R′}_{滑}}=\frac{4.5V}{15Ω+10Ω}$=0.18A，電壓表的最小示數U_小=IR=0.18A×15Ω=2.7V＞2.5V，所以，他發現無論怎樣移動滑動變駔器的滑片，都無法使電壓表的示數達到實驗要求的值，則小明選用的滑動變阻器的規格是“10Ω 2A”；
（2）由（1）知，使用“10Ω 2A”的變阻器時，電壓表能達到的最小示數為2.7V；
電壓表量程為0～3V，當電壓表示數U_大=3V時，變阻器分得的電壓U_變2=4.5V-3V=1.5V，當定值電阻為15Ω時，根據分壓原理有$\frac{{U}_{變2}}{{U}_{大}}$=$\frac{{R}_{滑}}{15Ω}$，則R_滑=$\frac{{U}_{變2}}{{U}_{大}}$×15Ω=$\frac{1.5}{3}$×15Ω=7.5Ω，該滑動變阻器能滿足要求，所以，電壓表的最大示數可以為3V；
綜上，除了更換滑動變阻器的方案以外，小明想到原有器材不變，調整定值電阻兩端的電壓也可以完成實驗，他應控制定值電阻兩端的電壓范圍是2.7V～3V．
故答案為：
（1）如上圖所示；
（2）定值電阻斷路；
（3）在電壓不變時，通過導體的電流與電阻成反比；
（4）A；2.5；
拓展①10Ω　2A；②2.7V～3V．

點評 本題探究通過“導體的電流跟電阻的關系，考查電路的連接，故障的分析、分析數據歸納能力，特別是拓展部分求定值電阻的電壓范圍有一定難度．