Question

10．导体中的电流与导体两端的电压和导体电阻有关，在探究“导体中的电流与导体电阻的关系”时，小明所用的实验器材有：两节干电池（3V），电流表、电压表、0～10Ω的滑动变阻器、开关、导线若干，但小明只找到了5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻各一个．
（1）用笔画线，将图中的电路连接完整．
（2）小明选择了5Ω的定值电阻，将开关置于断开状态，正确地连接了电路．然后将变阻器的滑片滑到左端位置，用开关进行了“试触”，“试触”的目的是D．（只有一个选项正确，将正确选项前的字母填在横线上）
A、选择电流表的量程      B、选择电压表的量程
C、检查电路是否正常      D、确定保持不变的电压
（3）本实验要保持电阻两端电压相同，小明随便地将电压选择为1.5V，但实验中发现无法使每个电阻两端的电压都达到1.5V，在学习了欧姆定律之后，小明才计算出使用他选择的器材时20Ω的电阻两端的电压不可能达到1.5V．而且小明还推导出：若不更换实验器材，不更改保持不变的电压值和电源电压，滑动变阻器最大阻值至少需要20Ω，因此为了顺利地完成实验，实验前应先确定三个电阻两端电压变化范围的公共区间．

Answer 1

分析 （1）将电流表和滑动变阻器串联在电路中，变阻器要接一上一下；
（2）连接电路时将开关置于断开状态，闭合开关前，滑片滑到最大阻值处．用开关进行试触，检查电路是否正常．
（3）由于滑动变阻器阻值最大为10Ω，为保证电阻两端电压达到1.5V，根据串联电路的特点和欧姆定律求出定值电阻的最大值，即可判断可他选择的电阻电阻；
若不更换实验器材，不更改保持不变的电压值和电源电压，已知定值电阻，根据滑动变阻器和定值电阻的关系判断需要的最大滑动变阻器阻值大小．

解答 解：（1）将电流表串联在电路中，先选择大量程0～3A接入（实验时通过试触法选择合适的量程）；变阻器串联在电路中，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）连接电路时将开关置于断开状态，闭合开关前，滑片滑到最大阻值处，由于滑动变阻器接右半段，则滑片处于左端，使滑动变阻器连入电路的电阻最大．
用开关进行了“试触”，
A、电流表的量程是根据灯泡电流来确定的．不符合题意．
B、电压表的量程是根据灯泡的额定电压确定的．不符合题意．
C、电路连接正确，滑片处于正确的位置，检查电路中元件是否正常、是否有短路现象，还要用开关进行试触．符合题意．
D、当电路正常，再观察灯泡是否发光．不符合题意．
（3）由于电阻两端电压应保持1.5V不变，则根据串联电路的总电压等于各电阻两端的电压之和可知：
当电阻两端电压为1.5V时，滑动变阻器应分担的电压U₂=U-U₁=3V-1.5V=1.5V，
由于串联电路电流处处相等，根据欧姆定律可知：$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$，
所以，R₁=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$R₂=$\frac{1.5V}{1.5V}$×R₂=R₂，
即定值电阻两端的电压达到1.5V时，定值电阻的阻值与滑动变阻器连入电路的电阻值相等，
由于滑动变阻器阻值最大为10Ω，所以定值电阻的阻值的最大阻值为10Ω，由此可知实验中发现无法使电阻两端的电压达到1.5V的器材是大于10Ω的电阻，即可选择了20Ω的电阻；
若不更换实验器材，不更改保持不变的电压值和电源电压，滑针对上述问题，改进的方法是：适当提高移动滑动变阻器最大阻值，由于定值电阻中最大电阻值是20Ω，所以变阻器最大阻值至少需要20Ω．
故答案为：（1）见上图；（2）断开；最大阻值；C；（3）20；20．

点评 本题是探究电流与电阻关系的实验，考查了电路的连接，电阻两端电压的确定方法及对实验数据的分析，考查内容更注重应用．