Question

7．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．
（2）小彬将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．

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．
（7）小彬若要使用上述的四个定值电阻完成四次实验，在现有器材不变的情况下，请你帮小彬设计可行的方案：分别将5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值电阻接入电路中，通过改变滑动变阻器的阻值，控制电阻两端的电压为2.5V不变，并分别记下电流表的示数，记入表格，分析得出结论．

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电路中的最大电流，结合电流表的量程即可判断；
（7）由于定值电阻及变阻器的最大阻值，确定定值电阻两端的电压值，根据控制变量法设计实验方案．

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：

（2）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，或定值电阻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）由表格中数据可知，电流和电阻的关系为：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，此时滑动变阻器最大阻值为20Ω，
因为$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
即$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{50Ω}{20Ω}$，
定值电阻两端最小电压为$\frac{5}{7}$×3V＞1.8V，无法保持定值电阻两端电压始终为1.8V．
（7）由（6）计算可得，当滑动变阻器的阻值最大时，定值电阻两端的电压最小为：$\frac{5}{7}$×3V≈2.1V，所以可分别将5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值电阻接入电路中，通过改变滑动变阻器的阻值，控制电阻两端的电压为2.5V不变，并分别记下电流表的示数，记入表格，分析得出结论．
故答案为：（1）如图所示；（2）定值电阻R₁短路；0.36；（3）电压；A；（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；（7）分别将5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值电阻接入电路中，通过改变滑动变阻器的阻值，控制电阻两端的电压为2.5V不变，并分别记下电流表的示数，记入表格，分析得出结论．

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．