Question

5．为探究导体中的电流与电阻的关系，实验室提供的器材有：电压为6V的电源、电流表、电压表、五个定值电阻（阻值分别为8欧、12欧、18欧、24欧、30欧）、滑动变阻器（30欧  1A）、开关和若干导线．
（1）小华选用8欧的定值电阻，根据图甲连接成电路，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，闭合开关后，却发现电压表的指针偏转超过其量程，电流表示数不为零，他马上进行如下操作，你认为最合理的是D（填序号）；
A、立即将滑动变阻器的滑片移至最右端
B、断开开关，检查定值电阻是否发生断路
C、断开开关，将电压表接入电路的量程改为15V
D、断开开关，检查滑动变阻器是否发生短路
（2）排除故障后，小华调节滑动变阻器，使电压表的示数如图乙所示，并记下此时对应的电流；将定值电阻阻值换为12欧时，则应该将滑动变阻器的滑片向左（“左”、“右”）移动，使电压表保持图乙的值不变，才能完成第二组数据的测量；

（3）测量第三组数据时，小华换用阻值为30欧的定值电阻，无论怎样移动滑片，都无法完成实验，因为电压表示数总比图乙的示数大（选填“大”或“小”）；通过计算分析，小华认为若用现有的方案和器材完成实验，更换的定值电阻阻值不得大于20欧．

Answer 1

分析 （1）电流表示数不为零，说明电路中无断路现象，电压表的指针偏转超过其量程，说明电阻两端的电压太大，根据各项进行分析；
（2）确定电压表的量程和分度值，读出电压表的示数，根据串分压的知识判断电阻增大后，电压表的示数变化，从而判断出滑动变阻器阻值的变化；
（3）计算当电阻为30Ω时，计算出滑动变阻器的最大阻值的最小值，便可得出结论．

解答 解：（1）将滑动变阻器的触头移至最左端，此时滑动变阻器的阻值最大，闭合开关时发现电流表示数不为零，则电路中未发生断路；若滑动变阻器短路，则电压表测电源电压为6V，而图甲中电压表量程为0～3V，故电压表的指针偏转超过其量程；故选D．
（2）由图乙知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.4V；探究电流与电阻的关系实验中，应保持定值电阻的电压保持不变；当将8Ω的电阻换为12Ω时，若滑片的位置不动，根据串联分压原理可知，定值电阻的电压将变大；为使定值电阻的电压减小为原来的电压值，则应增大变阻器两端的电压，应增大变阻器接入电路的阻值，由图可知，应将滑片向左移动．
（3）由题意知，当换用30Ω的电阻时，要保持电阻两端的电压2.4V不变，滑动变阻器两端的电压应为U_滑=6V-2.4V=3.6V，
则电路中的电流为：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.4V}{30Ω}$=0.08A，
滑动变阻器的阻值为：R_滑=$\frac{6V-2.4V}{0.08A}$=45Ω，
而滑动变阻器的最大阻值为30Ω，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，定值电阻两端的电压，即电压表的示数大于2.4V，无法使电压表的示数达到实验要求的值；
当滑动变阻器的阻值最大为30Ω时，电路中的电路I′=$\frac{6V-2.4V}{30Ω}$=0.12A
此时电阻的阻值为R′=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{2.4V}{0.12A}$=20Ω，可得电阻的阻值不能超过20Ω，
故答案为：（1）D；（2）左；（3）大；20．

点评 此题是探究电流与电阻的关系，考查了控制变量法在实验中的应用及电路故障的分析，实验中涉及到了有关串分压的知识及欧姆定律的应用．