Question

1．甲乙两小组探究“电流与电压和电阻的关系”．实验室提供的实验器材有：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），两只滑动变阻器（规格分别为“20Ω  2A”“50Ω 1A”），小灯泡一只（额定电压2.5V），导线若干．
（1）甲小组探究“电流与电压的关系”．
①请你根据图甲的电路图用笔划线代替导线将图乙中的实物电路连接完整．

②他们将5Ω的电阻接入电路，检查无误后闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，造成这一现象的原因可能是定值电阻短路（或电压表短路、或电压表断路）（写出一条即可）
③排除故障后进行实验得到的数据如下表，由此可得到的实验结论是电阻一定时，电流与电压成正比．

电压U/V	1.0	1.5	3.0
电流I/A	0.2	0.3	0.6

（2）乙小组探究“电流与电阻的关系”．
①将5Ω的电阻接入电路，检查无误后闭合开关，移动滑片，使电压表的示数为1.5V，并记下相应的电流值．再用10Ω的电阻替代5Ω的电阻，此时滑片应向右（选填“左”或“右”）端移动直到电压表的示数为1.5V，读出电流表的示数．
②为了完成用四个定值电阻进行实验，应选择滑动变阻器的规格是“50Ω 1A”．
③他们用小灯泡替换定值电阻，移动滑片，使小灯泡正常发光，电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是0.85W．

Answer 1

分析 （1）①按照图甲的电路图，将图乙中还未连入的电压表和滑动变阻器接入电路，电压表应并联到定值电阻两端，滑动变阻器按照“一上一下”连入电路．由此连接电路；
②电流表有示数，表明电流表所在电路接通；电压表无示数表明电阻短路，或电压表断路，或电压表短路；
③探究“电流与电压的关系”，需要保持电阻不变，分析表中电流与电压的关系即可得出结论；
（2）①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；当电阻的阻值变化时，其分担的电压也变化，因此通过调节滑动变阻器使其两端的电压不变，即让电压表示数保持不变；
②先利用欧姆定律求出最大定值电阻接入电路时的电流，然后由串联电路特点及欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的阻值，进而选择合适的滑动变阻器；
③确定电流表选择的量程和分度值，读出示数，根据P=UI计算出额定功率．

解答 解：（1）①把定值电阻、滑动变阻器串联接入电路，电压表并联在电阻两端，注意滑动变阻器已接了左下角的接线柱，所以应将其上面的一个接线柱接入电路中，如图所示：

②电流表有示数，表明电路接通；电压表无示数表明定值电阻短路，电压表相当与和一段导线并联，故无示数；或者电压表断路（或电压表短路）．
③分析得，电阻不变，电压增大为原来的几倍，电流也增大为原来的几倍，可得当导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；
分析数据可得出结论：电阻一定时，电流与电压成正比．
（2）①用10Ω的电阻替代5Ω的电阻，定值电阻分压变大，大于原来的电压，为保持定值电阻两端电压不变，
由电路图可知，应向右移动滑动变阻器滑片，增大滑动变阻器接入电路的阻值，增大滑动变阻器的分压，使定值电阻两端电压减小到原来的1.5V，保持定值电阻两端电压一定．
②由图可知，定值电阻和滑动变阻器串联，电压表测定值电阻两端的电压，电流表测电路中的电流，
根据串分压的知识进行分析可知，当定值电阻的阻值最大时，滑动变阻器接入电路的阻值也最大，
当定值电阻R=20Ω时，电压表示数U=1.5V，
此时电路中的电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，
根据串联电路两端的总电压等于个部分电路两端电压之和，
则滑动变阻器两端的电压U_滑=U₀-U=4.5V-1.5V=3V，
根据串联电路中各处电流都相等，
则通过滑动变阻器的电流I_滑=I=0.075A，
由欧姆定律I=$\frac{U}{R}$得，
滑动变阻器接入电路的阻值应为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{滑}}$=$\frac{3V}{0.075A}$=40Ω＞20Ω，
故为了完成用四个定值电阻进行实验，应选择滑动变阻器的规格是“50Ω 1A”．
③当小灯泡正常发光时，其两端的电压U_额=2.5V，
电流表选择0～0.6A量程，分度值为0.02A，示数为0.34A，即I_额=0.34A，
则小灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.34A=0.85W．
故答案为：（1）①见上图；②定值电阻短路（或电压表短路、或电压表断路）；③电阻一定时，电流与电压成正比；
（2）①右；1.5；②“50Ω  1A”；③0.85．

点评 此题为探究“电流与电压和电阻的关系”实验，考查学生对电路的连接、电路故障的分析、数据分析能力、串联电路的分压特点等知识掌握，滑动变阻器的选择是本题的难点，知道实验过程中应控制定值电阻两端的电压不变，分析清楚电路结构、认真分析实验数据是正确解题的基础与关键．本题综合性很强，难度较大，是中考常见题型．