Question

9．小强利用如图甲所示的电路，实验探究“保持电压不变时，电流跟电阻的关系”．
实验器材：电源（电压恒为4.5V），电流表、电压表各一只，一个开关，三个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω），两只滑动变阻器（10Ω 2A、20Ω 1A），导线若干．

（1）实验中多次改变R的阻值，并得到多组实验数据，由这些数据得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图象，由图象可得结论：电压一定时，电流与电阻成反比．
（2）在上述实验中，小强先用5Ω的电阻，当电压为2.5V时，读出电流值；接着他换用10Ω的电阻继续做实验，调节滑动变阻器，使电压表的示数为2.5V，读出此时的电流．
（3）当小强改用15Ω的电阻继续实验时，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，都无法使电压表的示数达到实验要求的值．小强不畏困难，经过认真思考，找出了原因，并利用现有的实验器材解决了问题，完成了实验．请你分析“电压表的示数无法达到实验要求的值”的原因是：小强用的变阻器为“10Ω2A”，当R=15Ω时，无法将电压表的示数调到2.5V．
并请你想一想小强解决问题可能用到的两种方法
方法一：改用“20Ω1A”的变阻器．理由：当R=15Ω时，U_R=2.5V，变阻器的电压为2V，变阻器要调到12Ω，而“10Ω2A”的变阻器无法完成；
方法二：把R的电压调为3V．理由：当R=15Ω时，U_R=3V，变阻器的电压为1.5V，变阻器只要调到7.5Ω，“10Ω2A”的变阻器可以完成．

Answer 1

分析 （1）由图象找出电流与电阻的对应关系，然后分析当电压不变时，电流与电阻的关系；
（2）实在拆接电路时，开关应断开，滑动变阻器阻值移至最大阻值处，换接后应保持电压表的示数不变；
（3）根据滑动变阻器的最大阻值与定值电阻阻值间的关系，由串联电路的分压原理分析电压表不能达到要求的原因，然后提出改进措施．

解答 解：（1）由图丙所示图象可知：在电压不变的情况下，通过电阻的电流与电阻值的乘积不变，是一个定值，这说明：电压一定时，电流与电阻成反比；
（2）由图象丙知，当电阻为5Ω时，电流为0.5A，所以电压为U=IR=0.5A×5Ω=2.5V；
要改接10Ω的电阻，需先断开开关，把滑片移至A端，使阻值最大，用10Ω的电阻替换5Ω的电阻，然后闭合开关，移动滑片直到电压表的示数为2.5V，并读出电流表的示数；
（3）当改用15Ω的电阻时，电路中的电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{1}{6}$A，
滑动变阻器的阻值为：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-2.5V}{\frac{1}{6}A}$=12Ω，
无法使电压表的示数达到实验要求的值，可能由于滑动变阻器的最大阻值太小，把滑动变阻器阻值全部接入电路时，滑动变阻器分得的电压还是较小，不能使电阻两端达到要求的值．
方法一：改用“20Ω 1A”的变阻器． 理由：当R=15Ω时，U_R=2.5V，变阻器的电压为2V，变阻器接入电路的阻值为12Ω，而“10Ω 2A”的变阻器无法完成．
方法二：把R的电压调为3V． 理由：当R=15Ω时，U_R=3V，变阻器的电压为1.5V，变阻器只要调到7.5Ω，“10Ω 2A”的变阻器可以完成．
故答案为：（1）电压一定时，电流与电阻成反比；
（2）滑动变阻器；2.5；
（3）小强用的变阻器为“10Ω 2A”，当R=15Ω时，无法将电压表的示数调到2.5V；
改用“20Ω 1A”的变阻器． 理由：当R=15Ω时，U_R=2.5V，变阻器的电压为2V，变阻器要调到12Ω，而“10Ω 2A”的变阻器无法完成；
把R的电压调为3V． 理由：当R=15Ω时，U_R=3V，变阻器的电压为1.5V，变阻器只要调到7.5Ω，“10Ω 2A”的变阻器可以完成．

点评 本题考查了实验数据处理、实验操作分析、实验操作改进等问题，实验操作分析及实验改进措施是本题的难点，要根据串联电路的分压原理认真分析，然后提出改进措施．