Question

3．在“探究电流与电阻的关系”实验中，可用器材：六节新干电池，阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω的电阻各一个，滑动变阻器一个，电流表、电压表各一个，开关一个，导线若干，电路如图所示．
（1）按电路图正确连接电路．闭合开关前应将滑动变阻器的滑片置于右端（选填“左”或“右”）．
（2）将5Ω的电阻接入电路的a、b两点间，移动滑动变阻器当电压表的示数为3V时，记录电流表的示数．
（3）当将10Ω电阻接入电路后，滑片与之前5Ω电阻接入电路时相比位置更加靠近右端，才能保证电压表的示数仍为3V；与5Ω电阻接入电路时相比，此时定值电阻和滑动变阻器阻值之比不变．
（4）用20Ω电阻替换10Ω电阻接入a、b两点间，继续实验，发现无论怎样移动滑片，电压表示数始终不等于3V，此时电压表的示数应大于3V．
（5）保证a、b两点间电压不变，继续进行实验，分别采取了以下措施：
①更换滑动变阻器，选取的滑动变阻器的最大阻值应该不小于40Ω．
②降低电源电压，如果滑动变阻器最大阻值是20Ω，则电源电压的变化范围是3V～6V．

Answer 1

分析 （1）为保护电路，闭合开关前滑片要置于阻值最大处．
（3）探究电流与电阻的关系应控制电阻两端电压不变，根据实验原理应用串联电路特点分析答题．
（4）探究电流与电阻关系实验，应控制电阻两端电压不变．
（5）应用串联电路特点与欧姆定律分析答题．

解答 解：（1）为保护电路安全，闭合开关前应将滑动变阻器的滑片置于图中的右端，使其阻值最大．
（3）探究电流与电阻的关系实验，应控制电阻两端电压保持不变，用10Ω的电阻替换5Ω的电阻接入a、b两点间，电阻两端的电压变大，此时应增大变阻器的阻值，将滑片向右端滑动，使电压表的示数为3V时，记录电流表的示数．
根据串分压的知识，两电阻两端的电压不变，且U₁：U₂=R₁：R₂，所以电阻之比不变；
（4）用20Ω电阻替换10Ω电阻接入a、b两点间，要使电压表的示数为3V，所需变阻器的阻值更大，无论怎样移动滑片，电压表示数始终不等于3V，可能是因为变阻器的阻值不够大，此时电阻两端的电压大于3V；
（5）①电源电压为1.5V×6=9V，定值电阻两端电压为3V，则滑动变阻器分压为9V-3V=6V，滑动变阻器两端电压是定值电阻两端电压的2倍，由串联电路特点可知，滑动变阻器接入电路的阻值是定值电阻阻值的2倍，定值电阻阻值为20Ω时，滑动变阻器接入电路的阻值应为40Ω；
②由题意知，电源的最小阻值为3V；
滑动变阻器阻值为20Ω，定值电阻的阻值也为20Ω，所以两电阻两端的电压相等，因此电源电压最大为：U=3V+3V=6V；
可知电源的电压范围为3V～6V．
故答案为：（1）右；（3）右；不变；（4）大于；（5）40；3V～6V．

点评 本题考查了实验注意事项、电路故障分析、求电阻阻值、实验操作等问题，实验应用了控制变量法，应用控制变量法、串联电路特点即可解题；熟练灵活应用控制变量法是正确解题的关键．