Question

2．小彬用如圖甲所示的實驗器材探究“電流與電阻的關系”．電源電壓恒為3V，滑動變阻器上標有“20Ω 2A”字樣，阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值電阻各一個．
（1）請你用筆畫線代替導線，把圖甲所示的實驗電路補充完整．
（2）小彬5Ω定值電阻接入電路后，閉合開關，發現電流表有示數而電壓表無示數，則電路中的故障可能是定值電阻R₁短路（寫出一種）；排除故障后，閉合開關，調節滑動變阻器的滑片P，使電流表的示數如圖乙所示，此時電路中的電流為0.36A．
（3）將5Ω定值電阻換成10Ω定值電阻，閉合開關，為了保持電壓表的示數不變，應將滑動變阻器的滑片P向A（選填“A”或“B”）移動，記錄此時各表的示數．
（4）將10Ω定值電阻換成20Ω定值電阻，重復步驟（3）．
（5）實驗記錄的多組數據如表所示．分析數據可得出結論：當電壓一定時，通過導體中的電流與電阻成反比．

實驗次數	定值電阻（Ω）	電流表示數（A）
1	5
2	10	0.18
3	20	0.09

（6）實驗結束后，小彬問老師在此實驗中能否換用50Ω的定值電阻進行實驗？老師指導小彬分析了不能更換的原因．你認為其原因是滑動變阻器最大阻值太小．

Answer 1

分析 （1）根據電源電壓確定電壓表的量程，并與電阻并聯，電流表、滑動變阻器與電阻串聯，滑動變阻器接線柱要接一上一下；
（2）電流表有示數，說明電路為通路；電壓表無示數，說明與電壓表并聯的定值電阻R₁短路；根據電流表的小量程和分度值讀出電流值；
（3）在研究電流與電阻的關系實驗中，應保持不同的定值電阻電壓（電壓表的示數）不變，根據分壓原理和串聯電路電壓的規律判斷滑片的移動方向；
（5）縱向比較表中實驗數據得出結論；
（6）根據串聯電路的電壓規律和分壓原理，求出滑動變阻器最大阻值至少為多少，與題中變阻器的最大阻值作比較．

解答 解：（1）由于電源電壓為3V，所以應選擇0～3V的量程，電壓表與電阻并聯；滑動變阻器已接了下面一個接線柱，可再接上面任意一個接線柱，如下圖所示：

（2）經上面的分析，電流表有示數而電壓表無示數，則電路中的故障可能是定值電阻R₁短路而導致電壓表與導線并聯了；由乙圖知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.36A；
（3）將5Ω電阻換成10Ω后，根據分壓原理，電壓表的示數會變大，要保持電壓表示數不變，根據串聯電路電壓的規律，應增大變阻器分得的電壓，根據分壓原理，應該增大滑動變阻器連入電路中的阻值，即應將滑動變阻器的滑片P向A移動，使電壓表仍為原來的示數不變；
（5）由表中數據，根據歐姆定律有U=IR=0.36A×5Ω=0.18A×10Ω=0.09A×20Ω=1.8V，縱向比較表中數據，電阻為原來的幾倍，通過的電流為原來的幾分之一，所以得出的結論是：當電壓一定時，通過導體中的電流與電阻成反比；
（6）因電壓表示數保持1.8V不變，變阻器分得的電壓U_滑=3V-1.8V=1.2V，變阻器分得的電壓是定值電阻電壓的$\frac{1.2V}{1.8V}=\frac{2}{3}$，根據分壓原理，變阻器連入電路中的阻值為R_滑=$\frac{2}{3}$×50Ω=33.3Ω，即為完成實驗，變阻器的最大阻值至少為33.3Ω，大于現有變阻器的最大阻值，所以不能完成這個實驗．
故答案為：（1）如圖所示；
（2）定值電阻R₁短路；0.36；
（3）電壓；A；
（5）反；
（6）滑動變阻器最大阻值太小．

點評 本題 探究“電流與電阻的關系，考查電路的連接、故障的分析、操作的過程、控制變量法的運用、根據數據歸納結論的能力及對實驗器材的要求等知識，有一定難度．