Question

7．為探究導體中的電流與電阻的關系，實驗室提供的器材有：電壓為6V的電源、電流表、電壓表、五個定值電阻（阻值分別為8Ω、12Ω、18Ω、24Ω、30Ω）、滑動變阻器（1A 30Ω）、開關、導線若干．
（1）小華選用8Ω的定值電阻，根據甲圖連接實物，將滑動變阻器的滑片移至最左端，閉合開關發現，電壓表的指針偏轉超過其量程，電流表示數不為零，則以下操作中，最合理的操作是D．
A．立即將滑動變阻器的滑片移至最右端       B．斷開開關，將電壓表接入電路的量程改為15V
C．斷開開關，檢查定值電阻是否發生斷路     D．斷開開關，檢查滑動變阻器是否發生短路
（2）排除故障后，小華調節滑動變阻器，使電壓表的示數如圖乙所示，其值為2.4V，記下此時對應的電流；將定值電阻阻值換為12Ω時，則應將滑動變阻器的滑片向左（“左”、“右”）移動，使電壓表保持圖乙的值不變，才能完成第二組數據的測量．
（3）測量第三組數據時，小華換用阻值為30Ω的定值電阻，無論怎樣移動滑片，無法完成實驗，因為電壓表示數總比圖乙的示數大（“大”、“小”）．通過分析計算，小華認為若用現有的方案和器材完成實驗，接入的定值電阻阻值不得大于20Ω．

Answer 1

分析 （1）電流表示數不為零，說明電路中無斷路現象，電壓表的指針偏轉超過其量程，說明電阻兩端的電壓太大，根據各項進行分析；
（2）確定電壓表的量程和分度值，讀出電壓表的示數，根據串分壓的知識判斷電阻增大后，電壓表的示數變化，從而判斷出滑動變阻器阻值的變化；
（3）計算當電阻為30Ω時，計算出滑動變阻器的最大阻值的最小值，便可得出結論．

解答 解：（1）將滑動變阻器的觸頭移至最左端，此時滑動變阻器的阻值應最大，閉合開關時發現電流表示數不為零，則電路中未發生斷路，根據分析，滑動變阻器的最大阻值為20Ω，根據串分壓的知識，當電阻的阻值為20Ω時，電壓表的示數最大，為3V，而電壓表的指針偏轉超過其量程，則可能是滑動變阻器短路造成的；
（2）由圖乙知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數為2.4V；
當將6Ω的電阻換為8Ω時，電阻兩端的電壓增大，為保持電壓表的示數不變，則應增大滑動變阻器的阻值，將滑片向左移動；
（3）由題意知，當換用30Ω的電阻時，要保持電阻兩端的電壓2.4V不變，滑動變阻器兩端的電壓應為U_滑=6V-2.4V=3.6V，
則電路中的電流為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.4V}{30Ω}$=0.08A，
滑動變阻器的阻值為：R_滑=$\frac{6V-2.4V}{0.08A}$=45Ω，
而滑動變阻器的最大阻值為30Ω，由于滑動變阻器的最大阻值太小，把滑動變阻器阻值全部接入電路時，滑動變阻器分得的電壓還是較小，定值電阻兩端的電壓，即電壓表的示數大于2.4V，無法使電壓表的示數達到實驗要求的值；
當滑動變阻器的阻值最大為30Ω時，電路中的電路I′=$\frac{6V-2.4V}{30Ω}$=0.12A
此時電阻的阻值為R′=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{2.4V}{0.12A}$=20Ω，可得電阻的阻值不能超過20Ω，
故答案為：（1）D；（2）2.4；左；（3）大；20．

點評 此題是探究電流與電阻的關系，考查了控制變量法在實驗中的應用及電路故障的分析，實驗中涉及到了有關串分壓的知識及歐姆定律的應用．