Question

8．在“探究一定電壓下，電流與電阻的關系”的實驗中，老師提供的實驗器材有：電源（電壓恒為4.5Ⅴ），電流表、電壓表各一個，開關一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），三只滑動變阻器（規格分別為“20Ω  2A”、“50Ω  1A”、“100Ω  1A”），導線若干．
（1）請根據圖甲的電路圖用筆畫線將圖乙實物圖連接完整．

（2）小柯開始實驗，一閉合開關，發現電壓表指針滿偏（示數達到3V），其原因可能是滑動變阻器阻值最小或電阻發生了斷路．
（3）小柯實驗時，在a、b間先接入5Ω的電阻，閉合開關，移動滑片P，使電壓表的示數為1.5Ⅴ，并記下相應的電流值；再改接10Ω的電阻，此時滑片P應向F（選填“E”或“F”）端移動．
（4）小柯為完成用四個定值電阻進行實驗，他應選擇的滑動變阻器規格是“50Ω1A”．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電流表與電阻R串聯，可根據電壓表的量程和最小定值電阻的阻值確定電路中的最大電流；然后根據電流從正接線流入，負接線柱流出將電流表接入電路中．
（2）電壓表指針偏轉到滿刻度，可能是因為滑動變阻器電阻在最小值或導體斷路；
（3）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）判斷滑動變阻器的使用規格，同時要考慮滑動變阻器的電阻和允許通過的最大電流．

解答 解：（1）原圖中已經選擇0-3V電壓表，為了電壓表的安全，電阻兩端的電壓不可能大于3V，因此，電流不可能大于$\frac{3V}{5Ω}=0.6A$，另外題目中保持電壓為1.5V不變，這樣電路中的電流最大也就是$\frac{1.5V}{5Ω}=0.3A$，最小$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，因此，選擇0.6A是最合適的，選擇3A的量程太大，不便于讀出數據！故將電流表“0.6”的接線柱與開關的右接線柱相連，“-”接線柱與電阻絲的b接線柱相連；如圖所示：

（2）閉合開關，發現電壓表指針偏轉到滿刻度的位置，即約等于電源電壓．可能是由于滑動變阻器阻值最小或電阻發生了斷路．
（3）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F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1.5V時，讀取電流表示數．因此小李移動變阻器滑片P的目的保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變．
（4）當20Ω的電阻接入a、b間時，要控制電壓表的示數為1.5V不變，則滑動變阻器兩端的電壓為4.5V-1.5V=3V，電路中的電流為I=$\frac{U}{R}=\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，滑動變阻器接入電路中的阻值為R_滑=$\frac{U'}{I}=\frac{3V}{0.075A}$=40Ω，若選用規格為“20Ω，2A”滑動變阻器，無論怎樣移動滑片P，電壓表的示數始終無法達到1.5V；因此需要選擇“50Ω 1A”的滑動變阻器．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）滑動變阻器阻值最小或電阻發生了斷路；（3）F；保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變；（4）“50Ω  1A”．

點評 本題考查了探究電流跟電阻關系的實驗，探究的方法是控制變量法；并且能夠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．