Question

13．小华为了探究“电流与电阻的关系”，设计了如图甲所示的电路．她准备的实验器材有：电压恒为3V的电源，电流表、电压表各一只，一个开关，阻值分别为10Ω，20Ω，50Ω的定值电阻各一个，一标有“20Ω 1A”字样的滑动变阻器，导线若干．

（1）请你用笔画线代替导线，将图乙中的实物连接完整．
（2）小华连接好电路，闭合开关后，移动滑动变阻器滑片时，发现电流表指针正常偏转，电压表示数为零，故障的原因可能是R处发生短路．
（3）故障排除后，小华先把10Ω的电阻接入电路，移动滑动变阻器滑片，使电压表示数为2V，读出电流表示数后，断开开关，她直接拆下10Ω的电阻，改换成阻值为20Ω的电阻继续做实验，闭合开关，电压表示数如图丙所示，其示数是2.4V，要完成这次实验，接下来她应将变阻器滑片向右端（选填“左”或“右”）移动，使电压表的示数为2V．
（4）当小华改用50Ω的电阻继续实验时，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，都无法使电压表示数达到实验要求的值，你认为“电压表的示数无法达到实验要求的值”的原因可能是C
A．滑动变阻器的阻值太大　　       B．电压表量程选小了
C．滑动变阻器的阻值太小　　       D．滑动变阻器烧坏了
（5）小华解决了上述问题后，完成了实验．利用收集到的多组数据作出了的电流I随电阻R变化的关系图象（如图丁所示）．分析图象得出了电流与电阻的关系是电压一定时，电流与电阻成反比．

Answer 1

分析 （1）分析图甲所示电路结构，明确各电路元件的连接方式，根据电源电压确定电压表的量程，按一上一下的原则将变阻器连入电路中，然后连接实物电路图．
（2）电流表指针发生明显偏转说明电路是通路，电压表无示数说明电压表被短路，据此进行解答；
（3）根据图丙电压表量程确定分度值读数；研究电流与电阻的关系时，要控制电压不变，先根据分压原理确定电压表示数的变化，再结合串联电路电压的规律，确定滑片移动的方向，使电压表的示数不变为2V；
（4）根据串联电路电压的规律确定变阻器分得的电压，根据分压原理确定变滑动变阻器连入电路中的电阻大小，与所给的变阻器比较确定电压表不能达到要求的原因；
（5）分析图丙中图象，曲线上每一点对应的电流和电阻的乘积相等，说明电压一定时，导体中的电流与电阻成反比．

解答 解：（1）由图甲所示电路图可知，定值电阻R与滑动变阻器串联，电源电压为3V，电压表选用小量程，电压表与定值电阻并联，注意电压表正负接线柱的接法，电流表串联在电路中，按一上一下的原则将变阻器连入电路中，根据电路图连接实物电路图，如下图所示：

（2）由上分析，小华连接好电路，闭合开关后，移动滑动变阻器滑片时，发现电流表指针正常偏转，电压表示数为零，故障的原因可能是：R处发生短路；
（3）由图丙可知，电压表所选量程为0～3V，分度值为0.1V，根据指针位置可知，其示数是2.4V，
拆下阻值为10Ω的电阻改换成阻值为20Ω的电阻．闭合开关，根据分压原理，电压表的示数会变大，
因电流与电阻的关系时，要控制电压不变，根据串联电路电压的规律，应增大滑动变阻器的阻值，由分压原理，应增大变阻器连入电路中的电阻大小，则应将变阻器滑片向右移动，使电压表的示数不变为2V；
（4）当小华改用50Ω的电阻继续实验时，根据分压原理，变阻器分得的电压为U_滑=3V-2V=1V，变阻器的电压为电压表示数的$\frac{1V}{2V}$=$\frac{1}{2}$，根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻大小为$\frac{1}{2}$×50Ω=25Ω＞20Ω，因变阻器的最大阻值小于25Ω，所以发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，都无法使电压表示数达到实验要求的值，故选C．
（5）分析图丙图象，曲线上每点对应的电流和电阻的乘积：U=IR=0.2A×10Ω=0.1A×20Ω=…=2V，即电压一定时，电流与电阻成反比．
故答案为：（1）如上图所示；
（2）R处发生短路；
（3）2.4；右；2；
（4）C；
（5）电压一定时，电流与电阻成反比．

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、分析数据归纳结论的能力及控制变量法的应用，综合性较强．