Question

7．在“探究電流與電阻的關系”實驗中，現有器材如下：電源（電壓恒定但未知），四個定值電阻R₁（5Ω）、R₂（10Ω）、R₃（15Ω）、R₄（20Ω），標有“×Ω1A”的滑動變阻器（阻值模糊不清），電壓表（可用量程：0～3V、0～15V），電流表（可用量程：0～0.6A），導線，開關．
（1）設計并正確連接如圖甲所示的電路，把定值電阻R₁接入圖甲中的A、B兩點之間，將滑動變阻器的滑片移到最右端，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數為2V時，電流表的示數應為0.4A．
（2）分別用定值電阻R₂、R₃、R₄依次替換R₁，重復（1）的實驗步驟．根據所得的四次試驗數據繪制出I-R圖象，如圖乙所示．由圖象可得出的結論是：在導體兩端電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比．
（3）當使用定值電阻R₄進行實驗時，剛一閉合開關，就發現電壓表示數恰好為2V，為了用以上四個定值電阻完成實驗且確保電路安全，應控制A、B兩點之間的電壓在2V～3V范圍內．
（4）在使用定值電阻R₁和R₄進行實驗過程中，讀取數據時，滑動變阻器消耗的電功率之比為4：1．

Answer 1

分析 （1）閉合開關前，需將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處；根據歐姆定律可求出電壓表示數為2V時電流表的示數；
（2）電壓一定時，電流與電阻成反比；
（3）根據串聯電路分壓規律可知，定值電阻兩端電壓的最小值，據此得出AB之間的電壓范圍；
（4）先根據圖乙讀出定值電阻R₁和R₄接入電路時電流，然后P=UI即可求出滑動變阻器消耗的電功率之比．

解答 解：（1）閉合開關前，需將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，故將滑片移到最右端；
電流表的示數：I=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{2V}{5Ω}$=0.4A；
（2）根據圖乙可知，在導體兩端電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比；
（3）因為R₄的阻值最大，因此當R₄接入電路時，電壓表示數剛好為2V，說明R₄兩端的最小電壓為2V，因此為了用以上四個定值電阻完成實驗且確保電路安全，應控制A、B兩點之間的電壓在大于2V范圍內；
由于電流表的量程為0.6A，因此定值電阻兩端允許的最大電壓：U_最大=I_最大R₁=0.6A×5Ω=3V；
故A、B兩點之間的電壓范圍為2V～3V；
（4）根據圖乙可知，當R₁接入電路時，電路電流為0.4A；當R₄接入電路時，電路電流為0.1A；
因為定值電阻兩端電壓相等，電源電壓不變，因此滑動變阻器兩端電壓也相等；
由P=UI可得，滑動變阻器消耗的電功率之比：P₁：P₄=I₁：I₄=0.4A：0.1A=4：1．
故答案為：（1）右；0.4；（2）反比；（3）2V～3V；（4）4：1．

點評 此題是探究電阻上的電流跟它兩端電壓關系的實驗，注意控制變量法在實驗中的應用，考查了實驗結論的得出，同時考查了I-R圖象的分析．