题目内容

8.现要做探究“电阻一定时,电流与电压的关系”的实验,实验中可供使用的器材有:
A.电流表(量程0~0.6A,0~3A)
B.电压表(量程0~3V,0~15V)
C.定值电阻R1(阻值为6Ω)
D.定值电阻R2(阻值为10Ω)
E.滑动变阻器R1′(10Ω,2A)
F.滑动变阻器R2′(100Ω,1A)
G.干电池二节 (一节干电池的电压为1.5V)
H.开关S一个,导线若干.
则:现利用以上部分器材,探究“电阻一定时,电流与电压的关系”,要求实验过程中电表的最大示数能超过电表量程的一半,同时又考虑操作的方便.则:
(1)用来探究的定值电阻R应选C,滑动变阻器R′应选E(选填实验器材前的字母代号);
(2)根据实验要求,用笔画线代替导线将实物图连接起来,要求滑动变阻器的滑片P向左移动阻值变小,使之成为符合实验要求的电路.
(3)某小组的同学还想通过此连接好的电路测量所选定值电阻的阻值.如果要比较精确测量所选定值电阻的阻值,要求电表的指针至少达到量程的三分之一,同时又要防止损坏电表,那么滑动变阻器连入电路中的阻值变化范围是0~9Ω.

分析 (1)根据实验过程中电表的最大示数能超过电表量程的一半进行分析.计算出当滑动变阻器为零时通过两电阻的电流,选择电流值能超过量程0~0.6A一半的.根据定值电阻选择滑动变阻器的型号.
(2)在连接过程中注意电压表、电流表的量程和正负接线柱的接法及滑动变阻器的接法,滑动变阻器要接一上一下.
(3)根据题意判断出电流的最大值和最小值及电压表的最大值和最小值,然后根据欧姆定律及串联电路的知识进行计算.

解答 解:(1)由于电源电压为3V,则电路中电流较小,所以电流表应选择0~0.6A的量程.
因为要求实验过程中电表的最大示数能超过电表量程的一半.
若选择D,当滑动变阻器的阻值为零时,电路中的电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A,刚好是电流表量程的一半,若考虑滑动变阻器接入电路的阻值,则电路中的电流会小于0.3A,故不选择D;
若选择C,当滑动变阻器的阻值为零时,电路中的电流I′=$\frac{U}{R′}$=$\frac{3V}{6Ω}$=0.5A,若考虑滑动变阻器接入电路的阻值,电路中的电流会小于0.5A,但可以大于0.3A,满足要求,故应选择C.
由上面计算可知,选择最大阻值为10Ω的滑动变阻器便可达到要求,而最大阻值为100Ω太大,不便于操作.
(2)将定值电阻、电流表、滑动变阻器串联,电压表与电阻R并联,电流表应选择0~0.6A的量程;要求滑动变阻器的滑片P向左移动阻值变小,说明滑片左侧电阻丝接入电路,导线应接滑动变阻器的左下接线柱,连接实物图如图所示.

(4)因为要求电表的指针至少达到量程的三分之一,电压表应不小于1V,电流表不小于0.2A.
所以当滑动变阻器阻值为0时,电流表为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{6Ω}$=0.5A,电压表示数3V,未超过其量程;
电流表三分之一刻度为0.2A,即电路中的最小电流应为0.2A,
此时电压表的示数U=IR=0.2A×6Ω=1.2V>1V,满足要求;
则电路的总电阻R总=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.2A}$=15Ω,R为6Ω,则R滑=15Ω-6Ω=9Ω.
因此滑动变阻器连入电路中的阻值变化范围应为0~9Ω.
故答案为:(1)C;E;(2)见上图;(3)0~9.

点评 此题是探究“电阻一定时,电流与电压的关系”的实验,考查了学生对仪器量程的选择,这是在实际操作中常遇到的问题,但分析起来难度比较大一些,属于难点内容.在题目中还考查了有关电路图和实物电路的连接及最值的求法.

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