Question

14．如圖所示，在“探究通過導體的電流與導體兩端的電壓的關系”實驗中，某小組選用兩節新干電池為電源，規格為“20Ω 1A”的滑動變阻器等器材進行實驗：
（1）請根據圖甲的實物圖將圖乙的電路圖補充完整；
（2）連接電路時開關應該斷開．閉合開關，發現電壓表無示數，電流表有示數但沒超出量程，則產生故障的原因可能是導體電阻短路（選填“斷路”或“短路”）；
（3）排除故障后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，若電流表的示數如圖丙所示，其讀數為0.3A；
（4）改變滑動變阻器滑片的位置，測得多組對應的電壓、電流值，如下表所示，由測得數據可知，當電阻一定時，導體中的電流與電壓成正比，導體電阻為5.0Ω（結果保留一位小數）：

實驗次數	1	2	3	4	5	6
電壓U/V	0.6	1.0	1.5	2.0	2.4	2.8
電流I/A	0.12	0.20	0.32	0.38	0.48	0.56

（5）進行實驗時，該小組發現：調節滑動變阻器無法使電壓表示數為0.5V，為了解決這個問題，可采取的方法是減小電源電壓或串聯一個電阻或換用阻值最大的變阻器等．（寫出一種即可）

Answer 1

分析 （1）根據實物圖，將電路圖補充完整，把電壓表與定值電阻并聯；
（2）為保護電路，連接電路時開關應該斷開；閉合開關，電流表有示數，說明電路為通路，由發現電壓表無示數分析故障的可能原因可；
（3）根據圖中電流表小量程讀數；
（4）根據歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，由表中數據分別求出相應的電阻大小，為減小誤差，取平均值做為測量的結果；
（5）調節滑動變阻器無法使電壓表示數為0.5V，即電壓表示數大于0.5V；
說明電源過高，可適當減小電源電壓，據此分析措施；
根據串聯電路電壓的規律和分壓原理確定變阻器至少連入電阻中電阻大小分析．

解答 解：（1）根據實物圖，將電路圖補充完整，把電壓表與定值電阻并聯，如下所示，

（2）連接電路時開關應該斷開；閉合開關，電流表有示數但沒超出量程，說明電路為通路，發現電壓表無示數則則產生故障的原因可能是導體電阻短路；
（3）排除故障后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，若電流表的示數如圖丙所示，圖中電流表分度值為0.02A，其讀數為0.3A；
（4）改變滑動變阻器滑片的位置，測得多組對應的電壓、電流值，如下表所示，由測得數據可知，當電阻一定時，導體中的電流與電壓成正比，根據歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，導體電阻：
R=$\frac{U}{I}$，分別將表中對應的電壓與電流代入計算，可得出相應的電阻大小分別為：5Ω、5Ω、4.7Ω5.3Ω、5Ω、5Ω，為減小誤差，取平均值做為測量的結果，待測電阻大小：
R_測=$\frac{5Ω+5Ω+4.7Ω+5.3Ω+5Ω+5Ω}{6}$=5.0Ω：
（5）研究電流與電阻的關系時，要控制電壓保持不變，進行實驗時，該小組發現：調節滑動變阻器無法使電壓表示數為0.5V，即電壓表示數大于0.5V；
說明電源過高，可適當減小電源電壓，或在電路中串聯一個電阻分壓；
根據串聯電路電壓的規律，變阻器至少分去3V-0.5V=2.5V的電壓時才能達到目的，即變阻器的電壓至少為定值電阻的$\frac{2.5V}{0.5V}$=5倍，由分壓原理，變阻器連入電路中的電阻至少為5×5Ω=25Ω，而題中變阻器的最大電阻為20Ω，故應換用最大阻值至少25Ω的變阻器；
故答案為為：（1）如上圖所示；（2）斷開；短路；（3）0.3；（4）5.0；（5）減小電源電壓或串聯一個電阻或換用阻值最大的變阻器等．

點評 本題探究通過導體的電流與導體兩端的電壓的關系，考查電路的連接、注意事項、故障分析、電流表讀數、電阻計算、控制變量法的運用、數據處理及對實驗器材的要求．