题目内容
【题目】在“探究通过导体的电流与电阻的关系”实验中,小明采用的电路如图甲所示,实验中,他始终保持定值电阻R两端的电压为6V不变。实验中所用的部分器材如下:电源(电压恒为9V),电流表(0﹣0.6A),电压表(0﹣15V),15Ω、20Ω、25Ω、30Ω和50Ω的定值电阻各一只,滑动变阻器(20Ω,1A)。
(1)小明将20Ω的定值电阻接入a、b之间进行实验,在闭合开关前,应将滑片P置于图中滑动变阻器的最_____端;
(2)闭合开关后,小明发现无论怎样调节滑动变阻器,电流表示数始终为零,电压表示数始终为9V,已知导线和各处的连接完好。由此推断,电路中_____(填写器材名)发生了_____(选填“短路”或“断路”)故障;
(3)小明将某定值电阻接入a、b之间进行实验,闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表示数为6V,此时电流表的示数如图乙所示,则示数为_____A;
(4)当小明将50Ω定值电阻接入a、b之间进行实验时,你推测将出现的一个不能达到实验目的实验现象是_____,其原因是_____;
(5)小明根据实验数据画出图丙所示图象,依此你得出的结论是:在电压一定时,通过电阻R的电流与它的阻值成_____;
(6)若用电阻箱替换定值电阻接在a、b之间,其它实验条件不变,为完成上述实验,电阻箱的阻值调节范围是_____。
【答案】右定值电阻断路0.24电压表的示数调不到6V滑动变阻器的最大阻值偏小反比10Ω﹣40Ω
【解析】
(1)闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于阻值最大位置,故应将滑片P置于图中滑动变阻器的最右端;
(2)闭合开关后,无论怎样调节滑动变阻器,电流表示数始终为零,说明电路可能存在断路,电压表示数始终为9V,则电压表与电源连通,由此推断,电路中定值电阻发生了断路故障;
(3)由图乙可知,电流表选用0~0.6A的量程,分度值为0.02A,示数为0.24A;
(4)由题,电源电压为9V,定值电阻R两端始终保持电压为Uab=6V不变,根据串联电路电压规律,滑动变阻器分得的电压为U滑=U-Uab=9V-6V=3V,根据串联分压原理,所以,即要保持定值电阻R两端的电压为6V不变,
当将50Ω定值电阻接入a、b之间进行实验时,滑动变阻器连入电路的电阻为25Ω才能完成实验,而题目中滑动变阻器的最大阻值只有20Ω,由于滑动变阻器的最大阻值太小,电压表的示数调不到6V;
(5)由图丙可知,图象为过原点的直线,电流I与电阻的倒数成正比,依此得出的结论是:在电压一定时,通过电阻R的电流与它的阻值成反比;
(6)若用电阻箱替换定值电阻接在a、b之间,其它实验条件不变,电源电压为9V,电压表示数为6V;
①由串联电路电压关系可知,滑动变阻器分得的电压为9V-6V=3V,电阻箱的电压为滑动变阻器电压的2倍,当变阻器最大阻值连入电路中时,根据串联分压原理,电阻箱的最大阻值为R箱大=2×20Ω=40Ω;
②电流表量程为0~0.6A,当电路中电流最大为I大=0.6A时,根据欧姆定律,电路的总电阻最小为,
因为滑动变阻器两端的电压为电阻箱电压的倍,
由串联分压原理,变阻器连入电路中电阻为电阻箱的电阻的倍,
根据串联电阻的规律R总小=R箱小+R滑=,
所以电阻箱的最小值为R箱小=10Ω,
因此,其它实验条件不变,为完成上述实验,电阻箱的阻值调节范围是10Ω~40Ω。