Question

小明同学想用图甲所示的电路来验证“电流与电阻的关系”，他选择的器材有：电压恒为3V的电源，阻值为5Ω、10Ω，、20Ω的定值电阻各一只，“15Ω lA“的滑动变阻器一只，学生用电流表、电压表各一只，开关和导线若于．他设想进行如下操作：
（1）实验过程中他通过调节滑动变阻器来控制定值电阻两端的电压恒为1.5V．
A．先将R用5Ω的电阻接入电路中进行实验，读取与该电阻对应的电流值；
B．再用10Ω的电阻替换5Ω的电阻接入电路中进行实验，读取与该电阻对应的电流值；
C．最后他用20Ω的电阻替换10Ω的电阻接入电路中进行实验，读取与该电阻对应的电流值；
和小明同组的小红同学经过分析和估算发现，这是无法完成的实验设计，问：（a）小明此设计的主要问题出在哪里？
问题是：

滑动变阻器阻值偏小，不能使20Ω电阻接入电路时电压保持1.5V

．
（b）小红提出：要改进小明的设计，只要更换掉一个不合适的器材就可以使上述问题得以解决，并指出所需器材是下列器材中的一个：30Ω的定值电阻、4.5V的电源、“50Ω lA“的滑动变阻器、单刀双掷开关
小红要更换的器材是：其他设计不变，只要将小明所选的

“15Ω lA”的滑动变阻器

器材换为

“50Ω lA”的滑动变阻器

．
（2）根据题意，请你选择合适的电表量程，并帮助小明按照电路图用笔画线代替导线完成右边实物图（图乙）的连接．

Answer 1

分析：（1）电流跟电压、电阻有关，用控制变量法研究电流跟电压和电阻的关系．
（2）研究电流跟电阻的关系时，保持电阻两端的电压不变，改变电阻大小，讨论电流跟电阻的关系．
（3）串联电路电阻起分担电压的作用，电阻越大，分担的电压越大．

解答：解：（1）串联电路电阻起分担电压的作用，相等的电阻分担的电压相等，电源的电压是3V，当阻值为5Ω、10Ω的定值电阻接入电路，通过移动滑动变阻器的滑片，都能和滑动变阻器分担一半的电压1.5V，当20Ω的定值电阻接入时，滑动变阻器的最大阻值的15Ω，20Ω的定值电阻两端的电压最小是20Ω×

3V

20Ω+15Ω

≈ 1.7V，不能达到1.5V，要保持1.5V，滑动变阻器的电阻至少是20Ω．
（2）如果定值电阻换成30Ω，定值电阻的电压更大，比1.7V还大，不能完成实验，不符合题意．
（3）电源电压换成4.5V时，20Ω的定值电阻两端的电压最小是20Ω×

4.5V

20Ω+15Ω

≈2.6V，不能达到1.5V．不符合题意．
（4）当20Ω的定值电阻接入时，要使定值电阻两端的电压达到1.5V，滑动变阻器的电阻至少是20Ω．电路中当定值电阻为5Ω，当滑动变阻器的阻值为0，最大电流是I=

3V

5Ω

=0.6A．“50Ω lA”的滑动变阻器符合题意．
（5）单刀双掷开关不能改变电压，不符合题意．
（6）电源电压是3V，电压表的量程是0-3V，电路中最大电流是0.6A，电流表的量程是0-0.6A．
故答案为：（1）a、滑动变阻器阻值偏小，不能使20Ω电阻接入电路时电压保持1.5V．
b、将“15Ω lA”的滑动变阻器更换为“50Ω lA”的滑动变阻器．
（2）

点评：（1）研究电流跟电阻的关系时，能选择电流表、电压表的量程；选择滑动变阻器的规格，合适的电源．
（2）正确掌握欧姆定律的电流跟电压、电阻的关系．导体两端的电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比，在电阻一定时，导体中的电流跟导体的电压成正比．
（3）串联电路电阻起分担电压的作用，并联电路的电阻起分担电流的作用．