Question

15．如图所示，探究“电流与电压关系”实验中，电源电压恒为4.5V，电流表的量程为0-0.6A，电压表量程为0-3V，定值电阻阻值为5Ω，滑动变阻器最大阻值为20Ω．
（1）在图甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整．
（2）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于图中最右端．
（3）闭合开关，移动滑片，记录电流表和电压表示数，进行多次实验，绘制出I-U图象，如图乙所示，根据图象得出初步结论：在电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比．
（4）为了保证元件安全，闭合开关，在移动滑片的过程中，滑动变阻器的阻值变化范围为2.5Ω-20Ω．
（5）用该电路探究电流电阻的关系时，若保持电压表示数始终为2V，不更换其它器材，为了完成实验，更换的定值电阻阻值不能大于16Ω．

Answer 1

分析 （1）变阻器接线柱按一上一下的原则接入电路中；
（2）为保护电路安全，变阻器连入电路的电阻最大；
（3）根据I-U图象为一直线得出结论；
（4）变阻器连入电路中的电阻越大，根据欧姆定律，电路中的电流越小，根据分压原理，变阻器分得的电压越大，根据串联电路电压的规律，电压表示数越小；所以为了保证元件安全，求出变阻器连入电路中的最小电阻即可．
由电压表的量程，确定电压表的最大示数，并考虑电流表的量程，根据串联电路电压的规律及分压原理确定变阻器连入电路中的最小电阻；
（5）因变阻器与定值电阻串联，根据分压原理有：$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{定}}=\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，根据串联电路电压的规律，有$\frac{U{-U}_{定}}{{U}_{定}}=\frac{U}{{U}_{定}}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，研究电流与电阻的关系时，应控制电压表的示数（定值电阻的电压）不变，又电源电压不变，所以$\frac{U}{{U}_{定}}$-1为一定值，即$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$为一定值，当选用的定值电阻最大时，变阻器连入电路中的电阻最大时，根据根据串联电路电压的规律及分压原理确定定值电阻的最大值；

解答 解：（1）变阻器接线柱按一上一下的原则接入电路中，如下图所示：

（2）为保护电路安全，变阻器连入电路的电阻最大，即滑片移动到最右端；
（3）绘制出I-U图象为一直线，说明在电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比；
（4）因电压表量程为0-3V，所以定值电阻的电压不能超过3V，
此时通过电路的电流最大值为I=$\frac{{U}_{大}}{{R}_{定}}=\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，不超过电流表量程；
变阻器与定值电阻串联，根据串联电路电压的规律，变阻器分得电压至少为4.5V-3V=1.5V，
根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻大小至少为$\frac{1.5V}{3V}$×5Ω=2.5Ω；
所以，为了保证元件安全，闭合开关，在移动滑片的过程中，滑动变阻器的阻值变化范围为2.5Ω-20Ω；
（5）用该电路探究电流电阻的关系时，若保持电压表示数始终为2V，
根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压U_滑=4.5V-2V=2.5V，
当变阻器的最大阻值连入电路中时，
根据分压原理，定值电阻的最大阻值为R_大=$\frac{2V}{2.5V}$×20Ω=16Ω．
故答案为：（1）如上图所示；
（2）最右；
（3）正比；
（4）2.5Ω-20Ω；
（5）16．

点评 本题考查连接电路的注意事项、分析图象得出结论、应用串联电路的规律及欧姆定律确定器材的规格，有难度．