Question

10．某同学在研究“电流与电阻关系”时，设计的电路图如图1所示．

（1）请根据电路图连接图2实物图．
（2）闭合开关后，电压表有示数且大小接近电源电压，则电路中出现的故障可能是定值电阻断路或滑动变阻器短路．
（3）排除故障后，移动滑动变阻器滑片 P，当电压表示数为 2.5V 时，记下电流表示数，当 将原来 5Ω 的电阻换为 10Ω 的电阻后，要使电压表示数保持 2.5V 不变，应将滑动变阻器的 滑片 P 向B（选填“A”或“B”）端移动．选用 10Ω的阻值时，滑动变阻器的阻值应为14Ω．
（4）已知滑动变阻器规格为“20Ω 1A”，为了实验器材的安全和实验顺利进行，改变 R₁阻值时，在 5Ω、8Ω、10Ω、12Ω、24Ω的供选电阻中，不能选用的电阻24Ω．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，电压表与电阻并联，电流表与电阻串联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；
（2）根据电路故障现象分析电路故障原因；
（3）当电压表示数最大且R₁的阻值最小时电路中的电流最大，根据欧姆定律求出电路中的最大电流然后确定定值电阻是否可行；根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式即可得出R₁阻值的表达式，然后根据电压表的量程和滑动变阻器的最大阻值确定电路中可以使用的最大定值电阻，然后得出答案；
（4）根据欧姆定律求出电路中的电流，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，再根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值．

解答 解：（1）电压表与电阻并联，电流表与电阻串联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，如下图所示：

（2）闭合开关，电压表有示数且大小接近电源电压，说明电压表与电源两极相连，电压表并联电路之外电路不存在断路，则与电压表并联的定值电阻断路或滑动变阻器短路；
（3）当U₁=2.5V，R₁=10Ω时，电路中的电流：
I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，滑动变阻器两端的电压：
U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V，
则滑动变阻器R₂的阻值：
R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
（4）因串联电路中总电压等于各分电压之和，
当U₁=2.5V，U₂=6V-2.5V=3.5V，R₂=20Ω时
R1最大为，由串联分压的特点，
$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}=\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$，.$\frac{2.5V}{{R}_{1}}=\frac{3.5V}{20Ω}$，解得，R₁=14.28Ω，
所需的最大阻值为14.287Ω，
所以，24Ω的电阻不符合题意；
故答案为：
（1）如上图所示；
（2）定值电阻断路；滑动变阻器短路；
（3）B；14；（4）24．

点评 本题考查了实物图的连接、串联电路的特点、欧姆定律的计算等，关键是明白研究“电流跟电阻的关系”实验的原理，难点是根据电表的量程判断R₁不可能的阻值．