Question

4．某实验小组探究“通过导体的电流与电压的关系”时，设计了如图1所示的电路．电源电压不变，R₁为定值电阻，电流表A选用0～0.6A量程，电压表V₁选用为0～3V量程，电压表V₂选用为0～15V量程，滑动变阻器R₂上标有“50Ω 1A”的字样．
（1）根据图甲的电路图，将图乙的实物电路连接完整．

（2）闭合开关前滑动变阻器的滑片P应放在B（选填“A”或“B”）端．
（3）闭合开关S，发现电流表A 与电压表V₂的示数为零，电压表V₁的示数不为零，则电路存在的故障是电阻R₁断路．
（4）排除故障后，继续实验，记录电流表A 与电压表V₁的示数，得到一组实验数据，如表所示．其中，第三次电流表的示数如图丙所示，请填入表格中．分析表中实验数据可得结论：当导体的阻值不变时，通过导体的电流与其两端电压成正 比．

序号	电压表V1的示数U1/V	电流表A的示数I/A
1	1.0	0.1
2	2.0	0.2
3	3.0

（5）实验中，记录电流表A 与电压表V₂的示数，得到一组实验数据，根据实验数据作出I─U₂图线，如图丁所示，则电源电压是6V．在保证实验器材安全的前提下，滑动变阻器接入电路的阻值不得小于10Ω．

Answer 1

分析 （1）在根据电路图连接电路过程中，要特别注意电流表、电压表的位置、接法、量程选择和电流方向；滑动变阻器采用“一上一下”的接法与定值电阻串联．
（2）为保护电路，闭合开关前，滑动变阻器滑片应位于最大阻值处．
（3）闭合开关，电流表或电压表示数为零，说明与其串联的电路断路；电压表有示数，说明与其串联的电路是通路．
（4）据电流表的量程可以判断出分度值，进而得出此时电流表的示数；
由电路图知，电压表V₁测量电阻R₁两端电压，电流表测量电路电流．比较电压、电流变化规律就能得出实验结论．
（5）由上一步可以得到电阻R₁的阻值；在丁图中，滑动变阻器两端最大电压为5.0V，此时电路电流为0.1A，由此得到滑动变阻器接入电路的阻值；已知电阻R₁和滑动变阻器接入电路的阻值，可以得到总电阻；已知电路总电阻和电流，可以得到电源电压；
为保护用电器或电流表、电压表，电路电流不能超过用电器或电流表允许通过的最大电流，两端电压不能超过电压表选择的量程．确定电路最大电流或最大电压后，在电源电压不变的情况下，得到电路的总电阻，其中R₁已得出，所以能够得到滑动变阻器接入电路的电阻．

解答 解：
（1）题目已明确了电流表、电压表的量程，只要将电阻、滑动变阻器、开关、电源串联，电压表V₁与电阻并联、电压表V₂与滑动变阻器并联即可，如下图．

（2）为保护电路，闭合开关前，滑片应位于最大阻值处，也就是位于B端．
（3）闭合开关，电流表A 与电压表V₂的示数为零，说明与他们串联的电路是断路状态--但不可能是滑动变阻器断路（如果滑动变阻器断路，电压表V₂有示数）；电压表V₁有示数，说明与V₁串联的电路是通路，所以电路故障为电阻R₁断路．
（4）据上图丙可知，此时电流表选择的是小量程，故其分度值是0.02A，故此时的示数是0.3A；如下表格：

序号	电压表V1的示数U1/V	电流表A的示数I/A
1	1.0	0.1
2	2.0	0.2
3	3.0	0.3

由实验数据可以看出：电压成倍增大，电流也成倍增大，且两者增大的倍数相同．所以实验结论为：在电阻一定时，通过导体的电流与两端电压成正比．
（5）定值电阻的阻值为R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω
由丁图知，滑动变阻器两端电压为5V时，滑动变阻器接入电路的电阻为R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{5V}{0.1A}$=50Ω
所以电源电压为U=IR=0.1A×（10Ω+50Ω）=6V；
已知电源电压为6V，所以对电压表V₂不会造成损害；已知电源电压和电阻R₁的阻值，可得电路最大电流为0.6A，对电流表也不会造成损害；当电压表V₁电压达到3V时，电路电流为I=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A．
所以滑动变阻器接入电路电阻为R_最小=$\frac{6V-3V}{0.3A}$=10Ω，即滑动变阻器接入电路电阻不能小于10Ω．
故答案为：（1）见上图；（2）B；（3）电阻R₁断路；（4）见上表；正；（5）6；10．

点评 在额定电流不同的用电器串联在同一电路中时，确定电路电流的原则是：“同情弱者”--以最小的额定电流为电路电流，防止烧坏用电器．