Question

17．张扬利用如图甲所示的电路，实验探究“保持电压不变时，电流跟电阻的关系”．
实验器材：电源（电压恒为4.5V），电流表、电压表各一只，一个开关，三个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω），两只滑动变阻器（10Ω 2A、20Ω 1A），导线若干．
（1）请根据图甲所示的电路图，用笔画线代替导线把图乙所示的实物电路连接完整．
（2）实验中多次改变R的阻值，并得到多组实验数据，由这些数据得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图象，由图象可得结论：保持电压不变时，电流跟电阻成反比．
①在上述实验中，张扬先用5Ω的电阻做完实验后，接着要改用10Ω的电阻继续做实验，应如何具体操作？断开开关，把滑片P移到A端，用10Ω的电阻替换5Ω的电阻，闭合开关，移动滑片P的位置，并观察电压表的示数变化，直到电压表的示数为2.5V时，读出电流表的示．
②当张扬改用15Ω的电阻继续实验时，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，都无法使电压表的示数达到实验要求的值．小强不畏困难，经过认真思考，找出了原因，并利用现有的实验器材解决了问题，完成了实验，请你分析“电压表的示数无法达到实验要求的值的原因是：滑动变阻器的最大阻值太小．
并请你想一想张扬解决问题可能用到的两种方法：
方法一：换用阻值较大的滑动变阻器；方法二：在电路中再串联一个5Ω的定值电阻．

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器与待测电阻串联接入电路即可．
（2）由图象找出电流与电阻的对应关系，然后分析当电压不变时，电流与电阻的关系；①实验过程中更换电阻时，要先断开开关，取下原来的电阻，换上阻值较大的电阻，然后调节滑动变阻器滑片，保持电阻两端电压不变；②根据滑动变阻器的最大阻值与定值电阻阻值间的关系，由串联电路的分压原理分析电压表不能达到要求的原因，然后提出改进措施．

解答 解：（1）把定值电阻与滑动变阻器串联接入电路即可完成电路连接，电路图如图所示：

（2）由图丙所示图象可知：在电压不变的情况下，通过电阻的电流与电阻值的乘积不变，是一个定值，这说明：在电压不变时，电流与电阻成反比；
①更换电阻正确的操作是：断开开关，把滑片P移到A端，用10Ω的电阻替换5Ω的电阻；闭合开关，移动滑片P的位置，并观察电压表的示数变化；直到电压表的示数为2.5V时，读出电流表的示数．
②由于滑动变阻器的最大阻值太小，把滑动变阻器阻值全部接入电路时，滑动变阻器分得的电压还是较小，不能使电阻两端达到要求的值；改进方法：
方法一：换用最大阻值为20Ω的滑动变阻器，
理由：根据$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$，得：R_滑=12Ω，故选用“20Ω 1A”的滑动变阻器．
方法二：在电路中再串联一个5Ω的定值电阻，
理由：根据$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{4.5V-2.5V}{R′}$，得R′=12Ω，
而12Ω可用5Ω的定值电阻与“10Ω 2A”的变阻器串联，通过调节滑片P来获得．
故答案为：（1）电路图如图所示；（2）保持电压不变时，电流跟电阻成反比；①断开开关，把滑片P移到A端，用10Ω的电阻替换5Ω的电阻；闭合开关，移动滑片P 的位置，并观察电压表的示数变化；直到电压表的示数为2.5V时，读出电流表的示数．②滑动变阻器的最大阻值太小；方法一：换用最大阻值为20Ω的滑动变阻器，理由：根据$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$，得：R_滑=12Ω，故选用“20Ω 1A”的滑动变阻器．方法二：在电路中再串联一个5Ω的定值电阻．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验数据处理、实验操作分析、实验操作改进等问题，实验操作分析及实验改进措施是本题的难点，要根据串联电路的分压原理认真分析，然后提出改进措施．