Question

15．图甲是某同学探究电流与电阻的关系的实验电路．已知电源电压恒为4.5V，滑动变阻器规格为“20Ω 1A”，可供选择的定值电阻的阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω和30Ω．

（1）该同学根据图甲连接的实物电路如图乙所示，其中有一根导线连接是错误的，请在图乙中将这根导线打上“×”，并补画出正确的连线．
（2）实验过程中，某同学发现电流表示数为0，电压表示数接近4.5V，电路发生的故障可能是定值电阻断路．
（3）电路连接正确后，先用5Ω定值电阻进行实验，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，此时电流表示数如图丙所示，则电路中的电流为0.4A．再将5Ω定值电阻换成10Ω定值电阻进行实验，向右（选填“左”、“右”）移动滑片直至电压表为2V，并记录电流表示数．
（4）该同学还想多测量几组数据，但是他不能选用的定值电阻是20Ω、25Ω和30Ω．

Answer 1

分析 （1）实验过程中，应注意将电压表与电阻并联，变阻器串联在电路中；
（2）实验过程中，某同学发现电流表示数为0，电路可能断路；电压表示数接近4.5V，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的电阻之外的电路是完好的，则与电压表并联的电阻断路了；
（3）由图丙确定电流表的量程和分度值，读出电流表的示数，根据欧姆定律求电压；探究电流与电阻的关系，需保持不同定值电阻两端的电压不变，根据串联电路电压的特点和分压原理确定滑片移动的方向；
（4）根据串联电路电压的规律求变阻器分得的电压，当变阻器连入电路中电阻最大时，根据分压原理求出定值电阻的最大值．

解答 解：
（1）由图知，变阻器与电阻并联，且电压表串联在电路中了，应将电压表与电阻并联，可将电阻右侧的导线接在电压表的负接线柱上，如下图所示：

（2）电流表示数为0，电路可能断路；电压表示数接近4.5V，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的电阻之外的电路是完好的，则与电压表并联的定值电阻断路了；
（3）由图丙知，电流表的量程为0～0.6A，示数为0.4A；
电阻两端的电压为U=IR=0.4A×5Ω=2V，将5Ω的定值电阻换成10Ω定值电阻进行实验，由分压原理，电压表示数变大；因探究电流与电阻的关系的实验时，应保持电阻两端的电压为2V不变，根据串联电路电压的规律，应增大变阻器分得的电压，由分压原理，应增大变阻器连入电路中的电阻大小，所以应向右移动滑片直至电压表示数为2V；
（3）由以上分析知，实验中，应保持定值电阻两端的电压为2V不变，变阻器分得的电压为4.5V-2V=2.5V，定值电阻的电压是变阻器电压的 $\frac{2V}{2.5V}$=0.8倍；根据分压原理，定值电阻的阻值应为变阻器阻值的0.8倍，因变阻器的最大阻值为20Ω，则定值电阻允许接的最大电阻值为0.8×20Ω=16Ω，而20Ω、25Ω和30Ω均大于16Ω，所以不可以使用．
故答案为：
（1）见上图；（2）定值电阻断路；（3）0.4；右；2；（4）20Ω、25Ω和30Ω．

点评 本题探究电流与电阻的关系，考查电路的连接、故障的分析、操作过程、器材的选用及控制变量法的应用，为中考的热点问题．