Question

3．小红利用如图所示的电路探究“电流与电阻的关系”．已知电源电压为6V且保持不变，实验用到的电阻R的阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω，实验中控制电阻R两端的电压为3V不变．
（1）提供的滑动变阻器有如下几种规格，为完成整个实验，应该选取的滑动变阻器是C（选填序号）．
A．“10Ω 1A”B．“20Ω 0.5A”C．“20Ω 1A”D．“30Ω 0.5A”
（2）选择了合适的滑动变阻器后，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，若故障只有一处，则故障可能是R断路或电流表短路．
（3）排除了故障之后，小红先用15Ω电阻进行了实验后断开了开关，保持变阻器的滑片不动，只是将R换成了10Ω的定值电阻，然后闭合开关，此时的电压表的示数会小于3V（选填“大于”、“小于”或“等于”），接下来小红应进行的操作是调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为3V，并记下电流表示数．

Answer 1

分析 （1）实验中控制R两端电压为3V不变，总电压为6V，根据串联电路的特点，因此变阻器两端电压U滑也为3V才可，当R最大时，根据公式I=$\frac{U}{R}$可知电路中电流最小，再利用R滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$计算此时变阻器的最大电阻进行判断；
（2）电流表示数为零说明电路断路或电流表本身短路，电压表有示数说明电压表和电源连接的部分电路正常；
（3）换成较小的电阻后，根据串联电路的特点，电阻两端的电压会变小，则应增大滑动变阻器的阻值，使电压表的示数不变；

解答 解：（1）由题可知，U_R=3V，变阻器两端电压为U_滑=U-U_R=6V-3V=3V
当U_R=15Ω时，电路中电流最小，I_小=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{3V}{15Ω}$=0.2A；
滑动变阻器接入电路的电阻：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3V}{0.2A}$=15Ω    ①
当U_R=5Ω时，电路中电流最大，I_大=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A    ②
综合①②可知，所采用滑动变阻器最大阻值需大于15Ω，允许通过的最大电流需大于0.6A，故选C；
（2）由题可知，电压表有示数，表明电压表的正负接线柱与电源的正负极之间不存在断路，所以可能R断路，电流表没示数，但电流表不可能断路，因此只有可能是本身短路了；
（3）由题可知，当用10Ω电阻换15Ω电阻后，电阻变小，根据串联电路的特点，电阻两端的电压会变小，即电压表的示数会小于3V；本实验须控制电阻两端的电压不变，应减小滑动变阻器的阻值，将滑片向右滑动，直到电压表的示数为3V．
故答案为：（1）C；（2）R断路；电流表短路；（3）小于；调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为3V，并记下电流表示数．

点评 本题是探究电流和电压、电阻的关系，要注意控制变量法在实验中的应用．对于滑动变阻器的应用、欧姆定律在串联电路的应用也是该实验常考查的内容，应熟练掌握．