Question

12．小明利用如图甲所示的电路探究“电流跟电阻的关系”．已知电源电压为6V且保持不变，实验用到的电阻阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω．

（1）闭合开关后，发现电流表无示数，而电压表有示数，原因可能是R断路．
（2）排除故障后进行实验，实验中多次改变R的阻值，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数保持不变，记下电流表的示数，得到如图乙所示的电流随电阻R变化的图象；
①请在图象上用一块阴影部分面积表示实验时R两端电压数值的大小．
②上述实验中，小明用5Ω的电阻做完实验后，然后将10Ω的电阻接入电路，此时应该向左（选填“左”或“右”）移动滑片．
（3）实验室提供了三个不同规格的滑动变阻器：A：“30Ω  2A”，B：“50Ω  1A”，C：“100Ω  0.1A”，要完成整个实验，应该选取滑动变阻器B（填代号）．
（4）小明还想测一电阻R_X的阻值，但电压表出现了故障不能使用，他用原有的电流表、滑动变阻器，增添一个定值电阻R₀和一个单刀双掷开关，设计了如图24所示的电路．测量时，闭合S₁，将S₂拨到l，电流表的示数为I₁；将S₂拨到2，电流表的示数为I₂，小明说待测电阻R_x=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$．老师说该设计不合理，原因是开关从1拨向2时，R_X两端电压发生了变化．

Answer 1

分析 （1）电流表无示数，说明电路中有断路的地方，电压表有示数，说明电压表两接线柱与电源两极相连；
（2）①根据欧姆定律的变形公式U=IR可知，R两端电压数值的大小等于曲线上一点对应的电流和电阻的乘积；
②将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻时，电路中的总电阻变大，电路中的电流减小，滑动变阻器两端的电压减小，电压表的示数变大；要探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，即与电阻并联的电压表示数不变，为保证电阻两端的电压不变，要通过调节滑片，使滑动变阻器两端的电压变大，从而使电阻两端的电压变为原来的值．
（3）实验中电压表的示数2V不变，根据欧姆定律求出电阻为5Ω、10Ω、20Ω时电路中的电流，根据串联电路的分压特点求出滑动变阻器接入电路的电阻即可得出所选取滑动变阻器的规格．
（4）由于滑动变阻器串联在电路中，当开关S₂由1拨到2时，电阻两端的电压发生变化，而实验中认为电阻两端电压不变，导致实验错误，实验电路图设计不合理．

解答 解：（1）电流表物示数，说明电路断路，电压表有示数，说明电压表两接线柱与电源两极相连，即电阻R断路；
（2）①电阻R两端电压数值的大小等于曲线上一点对应的电流和电阻的乘积，故用一块阴影部分面积表示，如图所示：

②将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻时，串联电路的总电阻变大，根据欧姆定律可知电路中电流变小，滑动变阻器分得的电压变小，电阻分得的电压变大；要探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，即与电阻并联的电压表示数不变，所以应调节滑片向左移动，增大滑动变阻器接入电路的电阻，使电压表的示数达到2V时，读取电流表示数．
（3）电压表的示数2V不变，R的阻值为5Ω、10Ω、20Ω时，根据I=$\frac{{U}_{R}}{R}$可得，对应的电流依次为0.4A、0.2A、0.1A，因为电路中电流大于0.1A，所以不选C；
滑动变阻器两端的电压U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，根据R_滑=$\frac{{U}_{R}}{I}$可得，滑动变阻器接入电路的电阻依次为10Ω、20Ω、40Ω，因此A规格滑动变阻器的阻值范围太小，所以不选A；而B规格的滑动变阻器符合要求，故选B．
（4）在该实验设计中：由于滑动变阻器串联在电路中，当S₂由1拨到2时，电阻两端的电压发生变化，而实验中认为电压不变，导致实验计算结果错误，该实验存在缺陷，设计不合理．．
故答案为：（1）R断路；（2）②左；（3）B；（4）开关从1拨向2时，R_X两端电压发生了变化．

点评 本题考查了连接电路图、分析图象找出电流与电阻的关系、滑动变阻器的调节、求滑动变阻器的阻值等问题，由图象丙找出电流与电阻的对应关系、熟练掌握串联电路特点与欧姆定律是正确解题的关键．