Question

13．李明和小亮利用如圖（甲）所示的電路探究“電流與電阻的關系”．已知電源電壓為6V且保持不變，實驗用到的滑動變阻器標有“30Ω 1A”，定值電阻R的阻值分別為10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．
（1）李明根據圖（甲）所示電路圖，將圖（乙）中的實驗器材連接成實驗電路，小亮在檢查時認為，從實驗目的來看，實驗電路上有一根導線連接錯了，建議李明改線．
①請在接錯的那根線上打“×”；②另畫一根導線，使電路連接正確；
③如果不改接這根導線，對實驗的影響是：測不出電阻R兩端的電壓（具體說明是什么影響）．

（2）小亮連完最后一根導線后就發現兩個表的指針發生偏轉，并且指針總在晃動，造成上述現象的原因分別是連接電路時開關未斷開、電路某處接觸不良．
（3）排除故障后，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數為2.5V，讀出并記下電流值；再將5Ω的電阻改接成10Ω的電阻，發現電壓表示數大于2.5V（選填“大于”“等于”或“小于”），于是他下一步的操作是：將滑動變阻器的滑片向右（填“左”或“右”）移動，使電壓表的示數為2.5V并記下電流值；再改接20Ω的電阻，重復上述實驗．分析實驗數據得到的結論是在電壓一定時，通過導體中的電流與導體的電阻成反比．
（4）實驗中，若保持電壓表的示數為2.5V不變，將定值電阻R的阻值由20Ω更換為25Ω時，發現無論怎樣移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數都不能為設定值；這是因為滑動變阻器最大阻值太小．為了使實驗能夠順利完成，在保證現有器材不變的情況下，寫出一個解決問題的方法是減小電源電壓或換最大阻值較大的滑動變阻器等．
（5）李明在實驗中調節變阻器的滑片到某位置，保持電壓表的示數為2.5V，電流表的指示如圖（丙）所示，則電流表的讀數是0.25A，連接電路的電阻R的阻值是10Ω．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，電流表測通過R_x的電流，電壓表測R_x和電流表兩端的電壓之和，實驗時電壓表應測R_x兩端的電壓，根據歐姆定律分析圖3電路圖對實驗的影響；
（2）在連接電路的過程中開關應該斷開，且使變阻器處于最大阻值狀態．
（3）探究“電流跟電壓、電阻的關系”實驗重點的是考查控制變量法，研究電流跟電壓關系時，控制電阻不變，研究電流跟電阻關系時要保持電壓不變．在連接電路的過程中開關應該斷開，且使變阻器處于最大阻值狀態．
（4）要探究電流與電阻的關系，需要改變接入電路的定值電阻的阻值，同時保持兩端電壓一定；定值電阻變化，兩端電壓相應變化，要保持電阻兩端電壓不變，就要調節滑動變阻器的滑片，調整接入電路的阻值大小；
當定值電阻R的阻值由20Ω換成25Ω時，根據歐姆定律求出此時電路中的電流，根據串聯電路的電壓特點可知滑動變阻器兩端的電壓，再根據歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的阻值．
（5）分清電壓表與電流表的量程與分度值，讀出指針指示的數值，然后利用公式R=$\frac{U}{I}$計算電阻．

解答 解：（1）由電路圖可知，電壓表并聯在電阻與滑動變阻器的兩端，電壓表連接錯誤，應并聯在R_x兩端，電路圖如圖所示：

圖中電流表的是準確的，電壓表示數會偏大，由R=$\frac{U}{I}$可知，實驗中測出R_x的阻值偏大；
（2）連接電路的過程中應該斷開開關，檢查無誤后方可閉合開關；小剛連完最后一根導線后就發現兩個表的指針發生偏轉，說明連接電路時開關是閉合的，指針總在晃動，說明某處接觸不良．
（3）排除故障后，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數為2.5V，讀出并記下電流值；再將5歐的電阻改接成10歐的電阻，發現電壓表示數大于2V，要想保持電壓不變，他下一步的操作是：將滑動變阻器的滑片向右移，使電壓表的示數為2.5V，并記下電流值；再改接20歐的電阻，重復上述實驗．此實驗得到的結論是：在電壓一定時，通過導體中的電流與導體的電阻成反比．
（4）實驗中，若保持電壓表的示數為2.5V不變，當定值電阻R的阻值由20Ω換成25Ω時，
電路中的電流：I′=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2.5V}{25Ω}$=0.1A，
滑動變阻器的阻值：R_滑′=$\frac{U-{U}_{R}}{I′}$=$\frac{6V-2.5V}{0.1A}$=35Ω＞30Ω，
由此可知，滑動變阻器的最大阻值太小，不能達到分壓要求；
為了使實驗順利完成，應增大滑動變阻器的最大阻值，在保證現有器材不變的情況下，可將其他任意一定值電阻與滑動變阻器串聯，等效為一個阻值更大的滑動變阻器，即方法為：將其他任意一定值電阻串聯在電路中，移動滑動變阻器滑片，使得電壓表的示數為2.5V不變，讀出電流表的示數即可．
（5）由圖知：電流表采用量程是0～0.6A，分度值是0.02A；所以電壓U=2.5V，電流I=0.25A；根據歐姆定律得：R_x=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω．
故答案為：（1）如圖；測不出電阻R兩端的電壓；（2）連接電路時開關未斷開；電路某處接觸不良；（3）大于；右；電壓表的示數為2.5V；在電壓一定時，通過導體中的電流與導體的電阻成反比；（4）滑動變阻器最大阻值太小；減小電源電壓或換最大阻值較大的滑動變阻器等；（5）0.25；10．

點評 本題是“伏安法”測定電阻阻值的實驗，考查了電壓表的連接，滑動變阻器的作用，電流表、電壓表的讀數及電阻的計算，同時考查了減小誤差的方法和實驗誤差的分析，必須對歐姆定律有深入的理解．