题目内容

1．小红利用如图甲所示的电路探究“电流与电阻的关系”．已知电源电压为 6V 且保持不变，有三种规格滑动变阻器可供选择：0～50Ω，0～30Ω，0～20Ω，用到的电阻R的阻值分别为25Ω、20Ω、15Ω、10Ω、5Ω，实验中控制电阻R 两端的电压为2.5V 不变．
（1）为完成整个实验，应该选取规格为0～50Ω的滑动变阻器；
（2）连好电路闭合开关，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电压表有示数，电流表没有示数，则故障可能是定值电阻断路；；
（3）排除故障后实验中将定值电阻R的阻值由 25Ω 依次更换为20Ω、15Ω、10Ω、5Ω，为使电压表的示数不变，则每次闭合开关后都应该将滑动变阻器的滑片 P 依次向左移（选填“左”或“右”）．
（4）步骤（2）中故障未排除，将乙图中的电阻换成标有“2.5V”完好的小灯泡，调节滑动变阻器后小灯泡能发光（选填“能”或“不能”）．
（5）最后用图电路继续“探究电流与电阻关系”，当定值电阻为10Ω 时，对应的电流表示数为0.2A，接着为了测量更多组数据，又提供了15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、35Ω定值电阻各一个，其中30Ω、35Ω 定值电阻不能使用．

分析 （1）由串联电路电压的规律确定变阻器分得的电压，由分压原理求变阻器连入电路中的电阻大小，确定变阻器的规格；
（2）电路故障主要分两方面：断路或短路，可以根据电流表或电压表的示数变化情况作出相应的判断；
（3）研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变；当定值电阻减小时，根据分压原理先确定电压表示数的变化，再由串联电路电压的规律确定滑片移动的方向；
（4）分析图乙中，电阻断路后电压表的示数，确定电压表的量程，变阻器按一下一上的原则与电阻串联接入电路中，将电阻换为灯泡后，电路完好，可调节小灯泡正常发光；
（5）探究电流与电阻关系，要保持电压不变，由欧姆定律求出电压表示数，根据串联电路电压的规律求变阻器分得的电压，因变阻器的最大电阻为50Ω，由分压原理求出得出定值电阻的最大值．

解答 解：（1）电源电压为6V，实验中控制电阻R两端的电压为2.5V不变，由串联电路电压的规律，变阻器分得的电压为6V-2.5V=3.5V；
由分压原理，$\frac{{R}_{大}}{{R}_{滑大}}=\frac{{U}_{表}}{{U}_{滑}}$  即$\frac{25Ω}{{R}_{滑大}}=\frac{2.5V}{3.5V}$
解得R滑大=35Ω＞30Ω，所以应选择0～50Ω的变阻器；
（2）电流表无示数，说明电路发生断路，电压表有示数，说明除定值电阻以外的电路都是通路，所以与电压表并联的定值电阻断路；
（3）将定值电阻R的阻值由25Ω依次更换为20Ω、15Ω、10Ω、5Ω时，根据分压原理，两端电压相应减小，为保持电阻两端电压不变，由串联电路电压的规律，要减小变阻器的电压，由分压原理，必须使滑动变阻器接入电路的电阻相应减小，由图知，滑片必须向左移动；
（4）步骤（2）中故障未排除，即电阻断路，电压表串联在电路中，电压表示数接近电源电压，所以在乙图中，电压表应选用大量程与电阻并联，变阻器按一下一上的原则与电阻串联接入电路中，如下所示：

断开开关，将电阻换成标有“2.5V”完好的小灯泡，将变阻器的滑片移动到最右端，闭合开关，将滑片向左移动，直到电压表示数为额定电压2.5V，灯正常发光；
所以，步骤（2）中故障未排除，将乙图中的电阻换成标有“2.5V”完好的小灯泡，调节滑动变阻器后小灯泡能正常发光；
（5）探究电流与电阻关系”，要保持电压不变，当定值电阻为10Ω 时，对应的电流表示数为0.2A，电压表示U=IR=0.2A×10Ω=2V；根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压为6V-2V=4V，根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻为定值电阻的2倍，因选择0～50Ω的变阻器，所以定值电阻最大为25Ω，
提供了15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、35Ω定值电阻各一个，所以30Ω、35Ω的电阻不能用．
故答案为：
（1）0～50Ω；
（2）定值电阻断路；
（3）左；
（4）能；
（5）30Ω、35Ω．

点评 本题探究“电流与电阻的关系”，考查器材的选择、故障的分析、操作的过程及更换用电器正确的操作和灯正常发光的条件，综合性较强．

练习册系列答案
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