Question

14．小彬用如图甲所示的实验器材探究“电流与电阻的关系”，电源电压恒为3V，滑动变阻器上标有“20Ω  2A”字样，阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω、50Ω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．电路中滑动变阻器的作用是保护电路和改变定值电阻两端电压．
（2）小彬5Ω定值电阻接入电路后，闭合开关，发现电流表有示数而电压表无示数，则电路中的故障可能是定值电阻R₁短路（写出一种）；排除故障后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，使电流表的示数如图乙所示，此时电路中的电流为0.36A．
（3）将5Ω定值电阻换成10Ω定值电阻，闭合开关，为了保持电压表表的示数不变．应将滑动变阻器的滑片P向A（选填“A”或“B”）移动，记录此时各表的示数．
（4）将10Ω定值电阻换成20Ω定值电阻，重复步骤（3）．
（5）实验记录的多组数据如下表所示．分析数据可得出结论：当电压一定时，导体中的电流与电阻成反比．

实验次数	定值电阻Ω）	电流表示数（A）
1	5
2	10	0.18
3	20	0.09

（6）实验结束后，小彬问老师在此实验中能否换用50Ω的定值电阻进行实验？老师指导小彬分析了不能更换的原因，你认为其原因是滑动变阻器最大阻值太小，无法保持电压表示数为1.8V．

Answer 1

分析 （1）电压表与电阻并联，电流表、滑动变阻器与电阻串联，滑动变阻器要接一上一下；
（2）根据电流表和电压表有示数进行分析具体原因；根据电流表的量程和分度值读出电流值；
（3）根据串联电路的分压特点，换接电阻后，应保持电压表的示数不变，根据串分压的知识判断滑片的移动方向；
（5）电流与电阻的关系：电压一定，电流与电阻成反比；
（6）根据欧姆定律求出若换用50Ω的定值电阻进行实验时结合串联电路的分压特点即可判断滑动变阻器最大阻值．

解答 解：（1）电压表与电阻并联，由于电源电压为3V，所以应选择0～3V的量程；滑动变阻器已接了下面一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如图所示：

电路中滑动变阻器的作用是保护电路和改变定值电阻两端电压；
（2）闭合开关，电流表有示数，电压表无示数，说明与电压表并联部分发生短路，即定值电阻R₁短路；由乙图知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.36A；
（3）将5Ω电阻换成10Ω后，电压表的示数会变大，所以应该增大滑动变阻器的阻值，即应将滑动变阻器的滑片P向A移动，使电压表仍为原来的示数不变；
（5）分析表中数据可得出电流和电阻的关系为：当电压一定时，导体中的电流与电阻成反比；
（6）由表中数据可知：定值电阻两端的电压为U₁=IR=0.18A×10Ω=1.8V，当定值电阻为50Ω时，根据串联电路的分压特点可知：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，则$\frac{1.8V}{3V-1.8V}$=$\frac{50Ω}{{R}_{2}}$，解得：R₂≈33.3Ω，
由于33.3Ω＞20Ω，故滑动变阻器的阻值偏小，无法保持定值电阻两端电压始终为1.8V．
故答案为：（1）如上图； 保护电路，改变定值电阻两端电压；（2）定值电阻R₁短路；0.36A；（3）电压；A；（5）电压一定时，导体中的电流与电阻成反比；（6）滑动变阻器最大阻值太小，无法保持电压表示数为1.8V．

点评 此题是探究电流和电阻的关系实验，考查了控制变量法的应用，同时考查了电流表、电压表、滑动变阻器的接法，考查了电流表的读数及电阻的计算，涉及到了串联电路中电流、电压的关系及欧姆定律的灵活应用．