Question

7．在“探究电流与电阻的关系”实验中，现有器材如下：电源（电压恒定但未知）四个定值电阻R₁（5Ω）、R₂（10Ω）、R₃ （15Ω）、R₄（20Ω），标有“XΩ 1A”的滑动变阻器（阻值模糊不清）．电压表（可用量程：0～3V、0～15V），电流表（可用量程：0～0.6A），导线、开关．
（1）设计并正确连接如图甲所示的电路，把定值电阻R₁接入图甲中的A、B两点之间，将滑动变阻器的滑片移到最右端（选填“左”或“右”），闭合开关，移动变阻器的滑片，使电压表的示数为2V，电流表的示数应为0.4A．
（2）分别用定值电阻R₂、R₃、R₄依次替换R₁，重复（1）的实验步骤．根据所测得的四次实验数据绘制出I-R图象，如图乙所示，由图象可得出的结论是：在导体两端电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．
（3）当使用定值电阻R₄进行实验时，刚一闭合开关，就发现电压表的示数恰好为2V．为了用以上四个定值电阻完成实验并确保电路安全，应控制A、B两点之间的电压在2V到3V范围内．
（4）使用定值电阻R₂和R₃进行试验过程中，读取数据时，滑动变阻器消耗的电功率之比为4：1．

Answer 1

分析 （1）闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处；根据欧姆定律可求出电压表示数为2V时电流表的示数；
（2）电压一定时，电流与电阻成反比；
（3）根据串联电路分压规律可知，定值电阻两端电压的最小值，据此得出AB之间的电压范围；
（4）先根据图乙读出定值电阻R₁和R₄接入电路时电流，然后P=UI即可求出滑动变阻器消耗的电功率之比．

解答 解：（1）闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，故将滑片移到最右端；
电流表的示数：I=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{2V}{5Ω}$=0.4A；
（2）根据图乙可知，在导体两端电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；
（3）因为R₄的阻值最大，因此当R₄接入电路时，电压表示数刚好为2V，说明R₄两端的最小电压为2V，因此为了用以上四个定值电阻完成实验且确保电路安全，应控制A、B两点之间的电压在大于2V范围内；
由于电流表的量程为0.6A，因此定值电阻两端允许的最大电压：U_最大=I_最大R₁=0.6A×5Ω=3V；
故A、B两点之间的电压范围为2V～3V；
（4）根据图乙可知，当R₁接入电路时，电路电流为0.4A；当R₄接入电路时，电路电流为0.1A；
因为定值电阻两端电压相等，电源电压不变，因此滑动变阻器两端电压也相等；
由P=UI可得，滑动变阻器消耗的电功率之比：P₂：P₃=I₁：I₄=4：1．
故答案为：（1）右；0.4；（2）反；（3）2；3；（4）4：1．

点评 此题是探究电阻上的电流跟它两端电压关系的实验，注意控制变量法在实验中的应用，考查了实验结论的得出，同时考查了I-R图象的分析．