Question

3．图甲是某同学探究电流与电阻的关系的实验电路．已知电源电压恒为4.5V，滑动变阻器规格为“20?  1A”，可供选择的定值电阻的阻值为5?、10?、15?、20?、25?和30?．

（1）该同学根据图甲连接的实物电路如图乙所示，其中一根导线连接是错误的，请在图乙中将这根线打上“×”，并补画出正确的连线．
（2）电路连接正确后，先用5?的定值电阻进行实验，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，此时电流表的示数为0.4A；再将5?的定值电阻换成10?定值电阻进行实验，移动滑片直至电压表示数为2V，并记录电流表的示数．
（3）该同学还想多测一组数据，但他不能选用的定值电阻有20Ω、25Ω和30Ω ．

Answer 1

分析 （1）定值电阻与变阻器串联，电压表应并联在定值电阻的两端；
（2）研究电流与电阻的关系时，应控制定值电阻的电压不变；
（3）电压表示数应保持2V不变，多余的电压应由变阻器分担，根据分压原理，求出当变阻器连入电路中的阻值最大时，定值电阻的大小即为定值电阻的最大值．

解答 解：（1）原图中有两处错误：定值电阻与变阻器并联了，电压表串联在电路中，连接错误的导线是：连接定值右接线柱与电流表的左接线柱的导线，将连接电流表的左接线柱的导线一端改接在电压表左接线柱即可．如右图所示：
（2）电路连接正确后，先用5?的定值电阻进行实验，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，此时电流表的示数为0.4A则定值电阻的电压U=IR=0.4A×5Ω=2V；
因要控制电阻两端的电压保持不变，所以，再将5?的定值电阻换成10?定值电阻进行实验，移动滑片直至电压表示数为2V；
（3）因定值电阻两端的电压要保持U_定=2V不变，所以，变阻器要分去的电压U_变=4.5V-2V=2.5V，设能选用的最大电阻值为R_大，根据分压原理，$\frac{{U}_{变}}{{U}_{定}}=\frac{{R}_{滑大}}{{R}_{大}}$，所以，选用的定值电阻的最大值不能超过R_大=$\frac{{U}_{定}}{{U}_{变}}$×R_滑大=$\frac{2}{2.5}$×20Ω=16Ω，所以，该同学还想多测一组数据，但他不能选用的定值电阻有20Ω、25Ω和30Ω．
故答案为：（1）如上图所示；
（2）2；
（3）20Ω、25Ω和30Ω

点评 本题探究电流与电阻的关系，考查电路的连接、实验操作的过程及器材的选用，难度中等．