Question

16．科学兴趣小组的同学们在探究“电流与电阻的关系”的实验中，设计了如图甲所示的电路．已知电源电压为4.5V保持不变，所给的定制电阻的阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω、40Ω，不同的定制电阻两端的控制电压恒为2.5V．
（1）某同学在连接电路闭合开关后，发现电流表的指针偏转如图乙所示，原因是电流表正负接线柱接反了．
（2）他们将电路重新连接好后，检查无误后，闭合开关，发现电压表无示数，电流表有明显示数，且电路中只有一处故障，则故障原因可能是定值电阻短路了．
（3）实验中，他们做完第一次实验后，立即断开开关，然后将10Ω的定值电阻换成20Ω的定值电阻，然后闭合开关后，接下来的操作是滑片应向右端移动，使电压表的示数保持不变，观察并记录电流表数据
（4）为了使所给的四个定值电阻都能进行实验，滑动变阻器R₂的最大阻值至少应为32Ω．

Answer 1

分析 （1）使用电流表时要注意电流从正接线柱流入；
（2）闭合开关，电流表有明显示数，说明电路为通路，发现电压表无示数，且电路中只有一处故障，据此分析原因；
（3）根据控制变量法，研究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻的电压相同，当换上大电阻时，根据分压原理确定电压表示数的变化，由串联电路电压的规律结合分压原理确定滑片移动的方向；
（4）研究电流与电阻的关系时，要保持电压不变，根据串联电路电压的规律求出求出变阻器分得的电压，根据分压原理求出变阻器连入电路中的电阻，从而确定滑动变阻器的最大阻值至少多少．

解答 解：（1）某同学在连接电路闭合开关后，发现电流表的指针偏转如图乙所示，即电流表指针反向偏转，原因是：电流表正负接线柱接反了．
（2）他们将电路重新连接好后，检查无误后，闭合开关，电流表有明显示数，说明电路为通路，发现电压表无示数，且电路中只有一处故障，则故障原因可能是定值电阻短路了．
（3）根据串联分压原理可知，将定值电阻由10Ω改接成20Ω的电阻，电阻增大，其分得的电压增大；
探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，应保持电阻两端的电压不变，根据串联电路电压的规律可知应增大滑动变阻器分得的电压，由分压原理，应增大滑动变阻器连入电路中的电阻，然后闭合开关后，故接下来的操作是：滑片应向右端移动，使电压表的示数保持2.5V不变，观察并记录电流表数据；
（4）电源电压为4.5V保持不变，定制电阻两端的控制电压恒为2.5V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：
U_滑=U-U_表-4.5V-2.5V=2V，即变阻器分得的电压为定值电阻电压的$\frac{2V}{2.5V}$=0.8倍，当40Ω的定值电阻接入电路时，变阻器连入电路中的电阻为：
R_滑=0.8×40Ω=32Ω，即滑动变阻器R₂的最大阻值至少应为32Ω．
故答案为：（1）电流表正负接线柱接反了；（2）定值电阻短路了；（3）滑片应向右端移动，使电压表的示数保持不变；（4）32．

点评 本题探究“电流与电阻的关系”，考查电流表的使用、故障分析、操作过程及对器材的要求．