Question

7．小明在探究“電流大小與哪些因素有關”的實驗中，如圖所示．
 
（1）請用筆畫線代替導線，根據圖甲將圖乙所示的實物電路連接完整．
（2）閉合開關前，圖乙中滑動變阻器的滑片P應位于B（選填“A”或“B”）端．
（3）小明同學想研究“電流和電壓的關系”，接好最后一根導線時電表就有示數，小王同學認為他在連接電路時忘記了斷開開關，小明糾正錯誤后，決定用桌上的小燈泡代替電阻完成實驗，小王趕緊阻止他，這是因為燈泡的電阻會隨溫度變化而變化．
（4）小王同學在探究“電流與電阻的關系”時選用以下器材：電源電壓為3V，滑動變阻器上標有“5Ω 1.5A”字樣，阻值分別為2Ω、5Ω、10Ω、20Ω的定值電阻各一個．把2Ω定值電阻接入電路后，調節滑動變阻器的滑片P，使電流表的示數如圖丙所示，此時電路中的電流為1A，更換不同的電阻記錄了幾組數據如下表，老師在檢查時發現電流的數據0.1A為小明編造所得，經詢問小明說出實情，在做這次實驗時無論怎樣調節變阻器，電壓表都回不到設定電壓．老師告訴小明只要選擇最大阻值不小于10Ω的變阻器或選擇電壓不高于2.5V的電源，即可調到設定電壓，完成本次實驗．

實驗次數	定值電阻（Ω）	電流表示數（A）
1	2
2	5	0.4
3	10	0.2
4	20	0.1

Answer 1

分析 （1）變阻器按一上一下的原則接入電路中；
（2）為保護電路，閉合開關前，圖乙中滑動變阻器的滑片P應位于阻值最大處；
（3）連接電路時，開關應斷開；根據燈泡的電阻會隨溫度變化而變化，不是一個定值分析；
（4）根據圖中電流表小大量程分度值讀數；由歐姆定律求出電壓表示數，根據歐姆定律求出電路中最小電流確定編造的數據；
做這次實驗時無論怎樣調節變阻器，電壓表都回不到設定的電壓，說明變阻器分得的過小，可采用最大阻值更大的變阻器，或若電源電壓過大，可減小電源電壓；
根據串聯電路電壓的規律和分壓原理確定變阻器連入電路中的最小電阻，確定換用變阻器的規格；
根據串聯電路電壓的規律和分壓原理可求換用電源電壓的最大值．

解答 解：（1）變阻器按一上一下的原則接入電路中，如下所示：

（2）閉合開關前，圖乙中滑動變阻器的滑片P應位于阻值最大處即 B端；
（3）接好最后一根導線時電表就有示數，說明電路為通路，則他在連接電路時忘記了斷開開關；
研究電流與電壓的關系時，要控制電阻大小不變，小明糾正錯誤后，決定用桌上的小燈泡代替電阻完成實驗是不對的，這是因為：燈泡的電阻會隨溫度變化而變化；
（4）2Ω定值電阻接入電路后，調節滑動變阻器的滑片P，使電流表的示數如圖丙所示，圖中電流表選用大量程，分度值為0.1A，此時電路中的電流為1A，由歐姆定律的變形公式，電壓表示數：
U₁=I₁R₁=1A×2Ω=2V；
電源電壓為U=3V，當定值電阻R=20Ω時，變阻器連入電路中的電阻最大為5Ω時，電路中的最小電流：
I=$\frac{U}{{R}_{最大}}=\frac{3V}{20Ω+5Ω}$=0.012A，故表中第4次電流數據0.1A為編造所得；
根據串聯電路電壓的規律，變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U₁=3V-2V=1V，電壓表控制在2V不變，故變阻器電壓為定值電阻電壓為的$\frac{1V}{2V}$倍，當最大定值電阻20Ω接入電路中時，由分壓原理，變阻器連入電路中的電阻：
R_滑大=$\frac{1}{2}$×20Ω=10Ω，即要選擇最大阻值不小于10Ω的變阻器；
或當變阻器連入電路中的電阻最大為R′_滑=5Ω時，變阻器分得的電壓最多，能控制電壓表示數為U₁=2V不變，此時電源電壓有最大值，根據串聯電路電壓的規律，變阻器的電壓為U_大-2V，根據分壓原理：
$\frac{{U}_{大-}2V}{2V}$=$\frac{{R′}_{滑}}{R}$，即$\frac{{U}_{大}}{2V}$-1=$\frac{{R′}_{滑}}{R}$------①，
由①式可知，等于左邊為定值，故右邊也為定值，當變阻器連入電路中的電阻最大為R′_滑=5Ω時，應對應的定值電阻最大為R=20Ω，將數值代入①得：
$\frac{{U}_{大}}{2V}$-1=$\frac{5Ω}{20Ω}$，
故電源電壓最大值為U_大=2.5V．
故答案為：
（1）如上所示；（2）B；（3）斷開開關；  燈泡的電阻會隨溫度變化而變化；
（4）1； 0.1；   10；2.5．

點評 本題探究電流大小與哪些因素有關，考查電路的連接、注意事項、影響電阻的因素、控制變量法的運用及對實驗的要求，最后一問難度較大．