Question

【题目】小明和同学利用如图甲所示的实验电路探究“电流与电阻的关系”，电源是两节新的干电池，滑动变阻器上标有“20 Ω 0.5 A”字样，阻值分别为5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值电阻各一个。

(1)请你用笔画线代替导线，把图甲所示的实验电路补充完整且使滑动变阻器此时接入电路中的阻值最大。

（______）

(2)小组同学将5 Ω定值电阻接入电路后，闭合开关，发现电流表无示数而电压表有示数，则电路中的故障可能是_____；排除故障后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，记录电流表的示数如图乙所示，此时控制电阻两端电压为_____ V。

(3)小明断开开关，将5 Ω定值电阻换成10 Ω定值电阻后，直接闭合开关，为了保持电压表的示数不变，应将滑动变阻器的滑片P向_____（选填“A”或“B”）端适当移动，记录电流表的示数。

(4)将10 Ω定值电阻换成20 Ω定值电阻，重复(3)中的有关步骤。

(5)分析实验记录的多组数据可得出结论：当电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻_____。

(6)上述三次实验结束后，有同学提出增加50 Ω的定值电阻进行实验从而多采集一组数据以增强说服力，你认为是否可行？答：_____，理由是：_____。

(7)小丽同学也想用小明的实验器材探究“电流与电阻的关系”，小明提醒小丽，上述实验器材控制电阻两端的电压只能在_____V范围内。

(8)完成上述探究实验后，小明重新选择实验器材利用如图丙所示电路图测量额定电流为0.3 A小灯泡的额定功率，已知定值电阻R0的阻值为10 Ω，电源电压未知且大于小灯泡的额定电压。

①开关S接d，将滑动变阻器R的滑片P置于a端，读出电流表示数为0.6 A。

②_____，此时小灯泡正常发光。

③开关S接d，使滑动变阻器的滑片P保持不动，读出电流表示数为0.4 A。

④小灯泡额定功率P额=_____W。

Answer 1

【答案】 定值电阻断路（或电流表短路） 2 A 成反比 不可行 滑动变阻器最大阻值太小（无法控制电压表示数为2V不变） 1.5～2.5 开关S接c，调节滑动变阻器R的滑片P，使电流表示数为0.3A 1.35

【解析】

(1)[1]由于要求滑动变阻器此时接入电路中的阻值最大，所以，变阻器右下接线柱连入电路中与电阻串联，由于电源是2节干电池，所以，电压表选用小量程与电阻并联即可，如下图所示

(2)[2]小组同学将5Ω定值电阻接入电路后，闭合开关，发现电流表无示数，说明电路可能断路，而电压表有示数，则说明与电压表并联的支路以外的电路是完好的，故电路中的故障可能是与电压表并联的定值电阻断路；

[3]由图乙知道，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.4A，由欧姆定律知道，此时控制电阻两端电压为

UV =IR=0.4A×5Ω=2V

(3)[4]由串联分压原理知道，将定值电阻由5Ω改接成10Ω的电阻，电阻增大，其分得的电压增大；探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，即应保持电阻两端的电压不变，由串联电路电压的规律知道，应增大滑动变阻器分得的电压，应增大滑动变阻器连入电路中的电阻，所以，滑片应向A端移动，使电压表的示数为2V。

(5)[5]分析实验记录的多组数据可得出结论是：当电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。

(6)[6][7]电阻两端的电压始终保持UV =2V，由串联电路电压的规律知道，变阻器分得的电压

U滑 =U-UV =3V-2V=1V

变阻器分得的电压为电压表示数的0.5倍，根据分压原理，当接入50Ω电阻时，变阻器连入电路中的电阻为

R滑=0.5×50Ω=25Ω

所以，为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少25Ω的滑动变阻器，故增加50Ω的定值电阻进行实验从而多采集一组数据以增强说服力，不可行；理由是：变阻器的最大电阻太小；

(7)[8]由串联电路的规律及分压原理知道

所以，当变阻器的最大电阻连入电路时，对应的定值电阻最大，此时，电压表控制的电压最小

解得U′=1.5V；

由于滑动变阻器上标有“20 Ω 0.5 A”字样，而当定值阻值阻值最小为5 Ω时，电路的总电阻最小是

即滑动变阻器接入的阻值是1Ω，此时电压表的示数最大，由串联分压知道

故想用实验器材探究“电流与电阻的关系”，上述实验器材控制电阻两端的电压只能在1.5-2.5V范围内。

(8)[9][10]实验步骤：

①开关S接d，将滑动变阻器R的滑片P置于a端，读出电流表示数为0.6A；

②开关S接c，移动滑动变阻器R的滑片P使电流表示数为0.3A，此时小灯泡正常发光；

③开关S接d，使滑动变阻器的滑片P保持不动，读出电流表示数为0.4A；

④在①中，为定值电阻的简单电路，由欧姆定律，电源电压

U电源 =I1 R0 =0.6A×10Ω=6V

在③中，定值电阻与变阻器串联，由欧姆定律和电阻的串联规律：

在②中，由欧姆定律和串联电路的规律，灯的额定电压为

U额 =U电源 -U滑 ═U电源 -IR滑 =6V-0.3A×5Ω=4.5V，

小灯泡额定功率

P额=U额I额 =4.5V×0.3A=1.35W