Question

14．如图所示，在“探究通过导体的电流与导体两端的电压的关系”实验中，某小组选用两节新干电池为电源，规格为“20Ω 1A”的滑动变阻器等器材进行实验：
（1）请根据图甲的实物图将图乙的电路图补充完整；
（2）连接电路时开关应该断开．闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数但没超出量程，则产生故障的原因可能是导体电阻短路（选填“断路”或“短路”）；
（3）排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，若电流表的示数如图丙所示，其读数为0.3A；
（4）改变滑动变阻器滑片的位置，测得多组对应的电压、电流值，如下表所示，由测得数据可知，当电阻一定时，导体中的电流与电压成正比，导体电阻为5.0Ω（结果保留一位小数）：

实验次数	1	2	3	4	5	6
电压U/V	0.6	1.0	1.5	2.0	2.4	2.8
电流I/A	0.12	0.20	0.32	0.38	0.48	0.56

（5）进行实验时，该小组发现：调节滑动变阻器无法使电压表示数为0.5V，为了解决这个问题，可采取的方法是减小电源电压或串联一个电阻或换用阻值最大的变阻器等．（写出一种即可）

Answer 1

分析 （1）根据实物图，将电路图补充完整，把电压表与定值电阻并联；
（2）为保护电路，连接电路时开关应该断开；闭合开关，电流表有示数，说明电路为通路，由发现电压表无示数分析故障的可能原因可；
（3）根据图中电流表小量程读数；
（4）根据欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，由表中数据分别求出相应的电阻大小，为减小误差，取平均值做为测量的结果；
（5）调节滑动变阻器无法使电压表示数为0.5V，即电压表示数大于0.5V；
说明电源过高，可适当减小电源电压，据此分析措施；
根据串联电路电压的规律和分压原理确定变阻器至少连入电阻中电阻大小分析．

解答 解：（1）根据实物图，将电路图补充完整，把电压表与定值电阻并联，如下所示，

（2）连接电路时开关应该断开；闭合开关，电流表有示数但没超出量程，说明电路为通路，发现电压表无示数则则产生故障的原因可能是导体电阻短路；
（3）排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，若电流表的示数如图丙所示，图中电流表分度值为0.02A，其读数为0.3A；
（4）改变滑动变阻器滑片的位置，测得多组对应的电压、电流值，如下表所示，由测得数据可知，当电阻一定时，导体中的电流与电压成正比，根据欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，导体电阻：
R=$\frac{U}{I}$，分别将表中对应的电压与电流代入计算，可得出相应的电阻大小分别为：5Ω、5Ω、4.7Ω5.3Ω、5Ω、5Ω，为减小误差，取平均值做为测量的结果，待测电阻大小：
R_测=$\frac{5Ω+5Ω+4.7Ω+5.3Ω+5Ω+5Ω}{6}$=5.0Ω：
（5）研究电流与电阻的关系时，要控制电压保持不变，进行实验时，该小组发现：调节滑动变阻器无法使电压表示数为0.5V，即电压表示数大于0.5V；
说明电源过高，可适当减小电源电压，或在电路中串联一个电阻分压；
根据串联电路电压的规律，变阻器至少分去3V-0.5V=2.5V的电压时才能达到目的，即变阻器的电压至少为定值电阻的$\frac{2.5V}{0.5V}$=5倍，由分压原理，变阻器连入电路中的电阻至少为5×5Ω=25Ω，而题中变阻器的最大电阻为20Ω，故应换用最大阻值至少25Ω的变阻器；
故答案为为：（1）如上图所示；（2）断开；短路；（3）0.3；（4）5.0；（5）减小电源电压或串联一个电阻或换用阻值最大的变阻器等．

点评 本题探究通过导体的电流与导体两端的电压的关系，考查电路的连接、注意事项、故障分析、电流表读数、电阻计算、控制变量法的运用、数据处理及对实验器材的要求．