Question

小明利用如圖甲所示的電路探究“電流跟電阻的關系”．已知電源電壓為6V且保持不變，實驗用到的電阻阻值為5、10、20．
（1）請根據圖甲將圖乙所示的實物電路連接完整（導線不允許交叉）；
（2）閉合開關后，發現電流表無示數，而電壓表有示數，原因可能是______；
（3）排除故障后，進行實驗，實驗中多次改變R的阻值，調節滑動變阻器的滑片，使電壓表示數保持不變，記下電流表的示數，得到如圖丙所示的電流I隨電阻R變化的圖象；
①由圖象可以得出結論：電壓一定時，______；
②上述實驗中，小明用5Ω的電阻做完實驗后，然后將10Ω的電阻接入電路，閉合開關，電壓表的示數將會變______（選填“變大”、“變小”或“不變”），此時應該向______（選填“左”或“右”）移動滑片，使電壓表示數為______V，然后讀出電流表的示數；
（4）實驗室提供了三個不同規格的滑動變阻器，A：“30Ω  2A”，B：“50Ω  1A”，C：“100Ω  0.1A”，要完成整個實驗，應該選取滑動變阻器______（填代號），不選外兩個滑動變阻器的原因分別是：
①______，
②______．

Answer 1

【答案】分析：（1）由電路圖可知，電壓表與電阻R并聯，滑動變阻器按一上一下的原則串聯在電路中．
（2）電壓表有示數說明，電壓表兩接線柱與電源之間是通路，電流表無示數說明電路斷路或電流表短路，即電路故障可能是電流表短路或電壓表并聯的部分斷路．
（3）①分析圖丙中圖象，曲線上每一點對應的電流和電阻的乘積相等，據此得出結論．
②將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，電路中的總電阻變大，電路中的電流減小，滑動變阻器兩端的電壓減小，電壓表的示數變大；要探究電流和電阻之間關系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯的電壓表示數不變，為保證電阻兩端的電壓不變，要通過調節滑片，使滑動變阻器兩端的電壓變大，從而使電阻兩端的電壓變為原來的值．
（4）實驗中電壓表的示數2V不變，根據歐姆定律求出電阻為5Ω、10Ω、20Ω時電路中的電流，根據串聯電路的分壓特點求出滑動變阻器接入電路的電阻即可得出所選取滑動變阻器的規格和不選外兩個滑動變阻器的原因．
解答：解：（1）電壓表與電阻R并聯，滑動變阻器按一上一下的原則串聯在電路中，如下圖所示：

（2）閉合開關后，發現電流表無示數，而電壓表有示數，原因可能是電流表短路或電壓表并聯的電阻斷路；
（3）①分析圖丙圖象，曲線上每點對應的電流和電阻的乘積都等于2V，由此得出結論：電壓一定時，導體中的電流與電阻成反比．
②將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，串聯電路的總電阻變大，根據歐姆定律可知電路中電流變小，滑動變阻器分得的電壓變小，電阻分得的電壓變大；
要探究電流和電阻之間關系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯的電壓表示數不變，所以應調節滑片向左移動，增大滑動變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數達到2V時，讀取電流表示數．
（4）電壓表的示數2V不變，R的阻值為5Ω、10Ω、20Ω時，根據I=可得，對應的電流依次為0.4A、0.2A、0.1A，
因C規格的滑動變阻器允許通過的電流太小，故不能選；
滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，
根據R_滑=可得，滑動變阻器接入電路的電阻依次為10Ω、20Ω、40Ω，
因A規格滑動變阻器的最大阻值偏小，不符合要求，所以不能選，而B規格的滑動變阻器符合要求，故選B．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）電流表短路或電阻R斷路；（3）①導體中的電流與電阻成反比；②變大；左；2；（4）B；若選A，其最大阻值偏小，用20Ω電阻進行實驗時電壓調不到2V；若選C，它所能通過的電流太小，有可能被燒壞．
點評：根據題目數據選擇合適的滑動變阻器，不但考慮滑動變阻器允許通過的電流，也要考慮滑動變阻器的電阻．電路電流不能超過滑動變阻器允許通過的最大電流，滑動變阻器最大電阻稍大于電路需要的電阻，這樣，滑動變阻器既能滿足電路要求，也能使電路準確獲得需要的數據．