Question

14．小冰在“探究一定电压下，电流与电阻的关系”的实验中，老师提供的实验器材有：
电源（电压恒为4.5Ⅴ），电流表、电压表各一个，开关一个，四个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），两个变阻器（规格为“20Ω 2A”、“50Ω 1A”），导线若干．

（1）请在保证电路安全的前提下，用笔画线代替导线将图1中的实物图连接完整．
（2）闭合开关前应将变阻器的滑片移到D端；（选填“C”或“D”）
（3）实验时，在A、B间先接入5Ω的电阻，闭合开关，移动滑片P，使电压表的示数为1.5V，并记下相应的电流值，再改接10Ω的电阻，此时滑片P应向F（选填“E”或“F”）端移动，F小冰移动变阻器滑片P的目的是：保持定值电阻两端电压为1.5V不变．
（4）根据下表中小冰数据，得出电流与电阻的规律是：电压不变时，导体中的电流与它的电阻成反比．

电阻/Ω	5	10	15
电流/A	0.3	0.15	0.1

（5）小冰为完成用四个定值电阻进行实验，他应选择的滑动变阻器规格是50Ω 1A．
（6）当小冰将20Ω的定值电阻接入电路进行实验时，发现电流表损坏．由于没有多余的电流表，老师又给了他一个定值电阻R₀和一个电压表，聪明的他重新设计了实验电路，顺利地完成了本实验．请你帮助小冰设计一个电路图，画在上面的图2虚线框内．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，电流表与电阻R串联，可根据电压表的量程和最小定值电阻的阻值确定电路中的最大电流；然后根据电流从正接线流入，负接线柱流出将电流表接入电路中．
（2）连接电路时，滑动变阻器的滑片应位于最大阻值处；
（3）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．
（4）根据电压不变的特点或电流和电阻成反比的特点进行分析；
（5）判断滑动变阻器的使用规格，同时要考虑滑动变阻器的电阻和允许通过的最大电流．
（6）在电流表不能使用时，可以把已知阻值的定值电阻串联到电路中，利用电压表测出定值电阻两端的电压，再根据欧姆定律求出电流．

解答 解：（1）电路中的最大电流I=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A；则电流表的量程为0～0.6A；故将电流表“0.6A”的接线柱与开关的右接线柱相连，“-”接线柱与电阻丝的b接线柱相连；如图所示：

（2）闭合开关前应将变阻器的滑片移到最大阻值处，即位于D端；
（3）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F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1.5V时，读取电流表示数．因此小李移动变阻器滑片P的目的保持定值电阻两端电压为1.5V不变．
（4）由表格中数据知，电压不变，导体的电阻增大为原来的几倍，电流便变为原来的几分之一，故可以得出结论：电压不变时，导体中的电流与它的电阻成反比；
（5）当20Ω的电阻接入a、b间时，为使电压表的示数为1.5V，滑动变阻器接入电路中的阻值是40Ω；若选用规格为“20Ω，2A”滑动变阻器，无论怎样移动滑片P，电压表的示数始终无法达到1.5V；因此需要选择“50Ω 1A”的滑动变阻器Ω．
（6）在电流表不能使用时，可以把已知阻值的定值电阻R₀串联到电路中，利用电压表测出定值电阻两端的电压，再根据欧姆定律求出电流，实验方案电路图如图所示：

故答案为：（1）连接电路如上图所示；（2）D；（3）F；保持定值电阻两端电压为1.5V不变；（4）电压不变时，导体中的电流与它的电阻成反比；（5）“50Ω 1A”；（6）电路图如上图所示．

点评 本题考查了探究电流跟电阻关系的实验，探究的方法是控制变量法；并且能够根据题目数据选择合适的滑动变阻器，不但考虑滑动变阻器允许通过的电流，也要考虑滑动变阻器的电阻．在探究过程中要控制电压不变，同时考查了对实验数据的分析，通过分析电流的改变与电阻改变的倍数关系，得出电流与电阻的反比例关系，在写结论时，注意不要漏掉控制的变量．