Question

13．小琴在探究电流与电压和电阻的关系时，采用了如图甲所示的电路图，实验中可供选择的定值电阻的阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．已知电源电压恒为4.5V，滑动变阻器规格为“20Ω  1A”，
（1）小琴在探究某一因素变化对电流的影响时，采用控制变量法实验，分两步进行：
①保持电阻不变，探究电流与电压的关系；
②保持电压不变，探究电流与电阻的关系．
（2）如果在实验中发现电流表、电压表的读数都偏大，调节滑动变阻器的滑片时，两表示数均无变化，适当减小电源电压后，两表示数才相应减小．你认为出现这一故障的原因是：滑动变阻器接上面两个接线柱．
（3）在探究电阻对电流的影响时，小琴先用5Ω的定值电阻进行实验，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，此时电流表的示数如图乙所示，则电路中的电流为0.4A；再将5Ω的定值电阻换成10Ω定值电阻进行实验，移动滑片直至电压表示数为2V，并记录电流表的示数．
（4）小琴还想多测几组数据，但他不能选用的定值电阻是20Ω和25Ω．

Answer 1

分析 （1）电流与电压和电阻有关，要探究电流与电阻的关系，需保持电阻两端的电压不变；要探究电流与电压的关系，需保持电阻的大小不变；
（2）移动滑片两表示数不变，说明变阻器的接法错误，根据电表的示数大小判断接了哪两个接线柱；
（3）根据图乙读出电流表的示数，计算出电阻两端的电压，换成较大的电阻后，两端的电压会变大，则应增大滑动变阻器的阻值，使电压表的示数不变；
（4）根据串分压的知识，利用滑动变阻器的阻值的最大阻值及电阻两端的电压确定定值电阻允许的最大电阻值，得出结论．

解答 解：（1）①保持电阻不变，改变电阻两端的电压，可探究电流与电压的关系；
②保持电压不变，改变导体的电阻，可探究电流与电阻的关系；
（2）移动滑片两表示数不变，说明变阻器的阻值不变，电流表、电压表的读数都偏大，则滑动变阻器可能同时接了上面两个接线柱；
（3）由图乙知，电流表的量程为0～0.6A，示数为0.4A；电阻两端的电压：U=IR=0.4A×5Ω=2V；
换成10Ω的电阻后，电阻两端的电压变大，要使两端的电压保持不变，应增大滑动变阻器的阻值，将滑片向右滑动，直到电压表的示数为2V；
（4）已知滑动变阻器的最大阻值为20Ω，定值电阻两端的电压为2V，设允许定值电阻的最大值为R₁，根据串联分压的知识：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，则$\frac{2V}{4.5V-2V}$=$\frac{{R}_{1}}{20Ω}$，解得：R₁=16Ω，
20Ω和25Ω都大于16Ω，所以不能选．
故答案为：（1）①电压；②电阻；（2）滑动变阻器接上面两个接线柱；（3）0.4；2；（4）20Ω和25Ω．

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．