Question

7．小芳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）连接电路时开关应断开，滑片应置于B（选填“A”或“B”）．
（2）小芳5Ω 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电阻R断路；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，请将此时电流表的示数填入下表中．
（3）将5Ω 定值电阻换成10Ω 定值电阻，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片 P，眼睛观察电压表，直到其示数为1.8V时，停止移动滑片，记录此时各表的示数．

实验次数	定值电阻（Ω）	电流表示数（A）
1	5	0.36
2	10	0.18
3	20	0.09

（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，通过导体 中的电流与电阻成反比．
（6）实验结束后，小芳问老师在此实验中不能（选填“能”或“不能”）换用50Ω 的定值电阻进行实验？老师指导小芳分析了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）为保护电路，连接电路时开关应断开，变阻器连入电路中的电阻最大；
（2）若电流表示数为0，说明电路可能断路；电压表有示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则与电压表并联的电阻断路了；
根据图中电流表小量程读数；
（3）根据欧姆定律，求出电压表示数，研究电流与电阻的关系时，应保持电压表示数不变；
（5）电流与电阻的关系：电压一定，电流与电阻成反比；
（6）根据分压原理，求出若换用50Ω的定值电阻进行实验时定值电阻的电压判断．

解答 解：（1）为保护电路，连接电路时开关应断开，变阻器连入电路中的电阻最大，即移动到B端；
（2）经分析，小芳5Ω 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定值电阻R断路；
图甲乙中电流表选用小量程，分度值为0.02A，示数为0.36A；
（3）根据欧姆定律，电压表示数为U=IR=0.36A×5Ω=1.8V；
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，仍为1.8V；
（5）纵向分析表中数据，可知，当电压一定时，电阻为原来的几倍，电流为原来的几分之一，即当电压一定时，通过导体中的电流与电阻成反比；
（6）当定值电阻为50Ω时，即使滑动变阻器最大阻值为20Ω连入电路，根据分压原理，此时定值电阻两端的电压最小，电路中的电流为I=$\frac{U}{R{+R}_{滑}}=\frac{3V}{50Ω+20Ω}$，定值电阻两端的电压U=IR=$\frac{3}{70}$A×50Ω≈2.14V＞1.8V，无法保持定值电阻两端电压始终为1.8V．
故答案为：（1）断开；B；
（2）电阻R断路；如上表如所示；
（3）电压；1.8；
（5）反；
（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，考查了注意事项、常见故障的分析、控制变量法的应用、实验的操作过程、及数据的处理能力，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．