Question

16．科學興趣小組的同學們在探究“電流與電阻的關系”的實驗中，設計了如圖甲所示的電路．已知電源電壓為4.5V保持不變，所給的定制電阻的阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω、40Ω，不同的定制電阻兩端的控制電壓恒為2.5V．
（1）某同學在連接電路閉合開關后，發現電流表的指針偏轉如圖乙所示，原因是電流表正負接線柱接反了．
（2）他們將電路重新連接好后，檢查無誤后，閉合開關，發現電壓表無示數，電流表有明顯示數，且電路中只有一處故障，則故障原因可能是定值電阻短路了．
（3）實驗中，他們做完第一次實驗后，立即斷開開關，然后將10Ω的定值電阻換成20Ω的定值電阻，然后閉合開關后，接下來的操作是滑片應向右端移動，使電壓表的示數保持不變，觀察并記錄電流表數據
（4）為了使所給的四個定值電阻都能進行實驗，滑動變阻器R₂的最大阻值至少應為32Ω．

Answer 1

分析 （1）使用電流表時要注意電流從正接線柱流入；
（2）閉合開關，電流表有明顯示數，說明電路為通路，發現電壓表無示數，且電路中只有一處故障，據此分析原因；
（3）根據控制變量法，研究電流與電阻的關系時，需控制定值電阻的電壓相同，當換上大電阻時，根據分壓原理確定電壓表示數的變化，由串聯電路電壓的規律結合分壓原理確定滑片移動的方向；
（4）研究電流與電阻的關系時，要保持電壓不變，根據串聯電路電壓的規律求出求出變阻器分得的電壓，根據分壓原理求出變阻器連入電路中的電阻，從而確定滑動變阻器的最大阻值至少多少．

解答 解：（1）某同學在連接電路閉合開關后，發現電流表的指針偏轉如圖乙所示，即電流表指針反向偏轉，原因是：電流表正負接線柱接反了．
（2）他們將電路重新連接好后，檢查無誤后，閉合開關，電流表有明顯示數，說明電路為通路，發現電壓表無示數，且電路中只有一處故障，則故障原因可能是定值電阻短路了．
（3）根據串聯分壓原理可知，將定值電阻由10Ω改接成20Ω的電阻，電阻增大，其分得的電壓增大；
探究電流與電阻的實驗中應控制電壓不變，應保持電阻兩端的電壓不變，根據串聯電路電壓的規律可知應增大滑動變阻器分得的電壓，由分壓原理，應增大滑動變阻器連入電路中的電阻，然后閉合開關后，故接下來的操作是：滑片應向右端移動，使電壓表的示數保持2.5V不變，觀察并記錄電流表數據；
（4）電源電壓為4.5V保持不變，定制電阻兩端的控制電壓恒為2.5V，根據串聯電路電壓的規律，變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U_表-4.5V-2.5V=2V，即變阻器分得的電壓為定值電阻電壓的$\frac{2V}{2.5V}$=0.8倍，當40Ω的定值電阻接入電路時，變阻器連入電路中的電阻為：
R_滑=0.8×40Ω=32Ω，即滑動變阻器R₂的最大阻值至少應為32Ω．
故答案為：（1）電流表正負接線柱接反了；（2）定值電阻短路了；（3）滑片應向右端移動，使電壓表的示數保持不變；（4）32．

點評 本題探究“電流與電阻的關系”，考查電流表的使用、故障分析、操作過程及對器材的要求．