Question

2．小彬用如图甲所示的实验器材探究“电流与电阻的关系”．电源电压恒为3V，滑动变阻器上标有“20Ω 2A”字样，阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值电阻各一个．
（1）请你用笔画线代替导线，把图甲所示的实验电路补充完整．
（2）小彬5Ω定值电阻接入电路后，闭合开关，发现电流表有示数而电压表无示数，则电路中的故障可能是定值电阻R₁短路（写出一种）；排除故障后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，使电流表的示数如图乙所示，此时电路中的电流为0.36A．
（3）将5Ω定值电阻换成10Ω定值电阻，闭合开关，为了保持电压表的示数不变，应将滑动变阻器的滑片P向A（选填“A”或“B”）移动，记录此时各表的示数．
（4）将10Ω定值电阻换成20Ω定值电阻，重复步骤（3）．
（5）实验记录的多组数据如表所示．分析数据可得出结论：当电压一定时，通过导体中的电流与电阻成反比．

实验次数	定值电阻（Ω）	电流表示数（A）
1	5
2	10	0.18
3	20	0.09

（6）实验结束后，小彬问老师在此实验中能否换用50Ω的定值电阻进行实验？老师指导小彬分析了不能更换的原因．你认为其原因是滑动变阻器最大阻值太小．

Answer 1

分析 （1）根据电源电压确定电压表的量程，并与电阻并联，电流表、滑动变阻器与电阻串联，滑动变阻器接线柱要接一上一下；
（2）电流表有示数，说明电路为通路；电压表无示数，说明与电压表并联的定值电阻R₁短路；根据电流表的小量程和分度值读出电流值；
（3）在研究电流与电阻的关系实验中，应保持不同的定值电阻电压（电压表的示数）不变，根据分压原理和串联电路电压的规律判断滑片的移动方向；
（5）纵向比较表中实验数据得出结论；
（6）根据串联电路的电压规律和分压原理，求出滑动变阻器最大阻值至少为多少，与题中变阻器的最大阻值作比较．

解答 解：（1）由于电源电压为3V，所以应选择0～3V的量程，电压表与电阻并联；滑动变阻器已接了下面一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如下图所示：

（2）经上面的分析，电流表有示数而电压表无示数，则电路中的故障可能是定值电阻R₁短路而导致电压表与导线并联了；由乙图知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.36A；
（3）将5Ω电阻换成10Ω后，根据分压原理，电压表的示数会变大，要保持电压表示数不变，根据串联电路电压的规律，应增大变阻器分得的电压，根据分压原理，应该增大滑动变阻器连入电路中的阻值，即应将滑动变阻器的滑片P向A移动，使电压表仍为原来的示数不变；
（5）由表中数据，根据欧姆定律有U=IR=0.36A×5Ω=0.18A×10Ω=0.09A×20Ω=1.8V，纵向比较表中数据，电阻为原来的几倍，通过的电流为原来的几分之一，所以得出的结论是：当电压一定时，通过导体中的电流与电阻成反比；
（6）因电压表示数保持1.8V不变，变阻器分得的电压U_滑=3V-1.8V=1.2V，变阻器分得的电压是定值电阻电压的$\frac{1.2V}{1.8V}=\frac{2}{3}$，根据分压原理，变阻器连入电路中的阻值为R_滑=$\frac{2}{3}$×50Ω=33.3Ω，即为完成实验，变阻器的最大阻值至少为33.3Ω，大于现有变阻器的最大阻值，所以不能完成这个实验．
故答案为：（1）如图所示；
（2）定值电阻R₁短路；0.36；
（3）电压；A；
（5）反；
（6）滑动变阻器最大阻值太小．

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、操作的过程、控制变量法的运用、根据数据归纳结论的能力及对实验器材的要求等知识，有一定难度．