Question

8．在“探究一定电压下，电流与电阻的关系”的实验中，老师提供的实验器材有：电源（电压恒为4.5Ⅴ），电流表、电压表各一个，开关一个，四个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），三只滑动变阻器（规格分别为“20Ω  2A”、“50Ω  1A”、“100Ω  1A”），导线若干．
（1）请根据图甲的电路图用笔画线将图乙实物图连接完整．

（2）小柯开始实验，一闭合开关，发现电压表指针满偏（示数达到3V），其原因可能是滑动变阻器阻值最小或电阻发生了断路．
（3）小柯实验时，在a、b间先接入5Ω的电阻，闭合开关，移动滑片P，使电压表的示数为1.5Ⅴ，并记下相应的电流值；再改接10Ω的电阻，此时滑片P应向F（选填“E”或“F”）端移动．
（4）小柯为完成用四个定值电阻进行实验，他应选择的滑动变阻器规格是“50Ω1A”．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，电流表与电阻R串联，可根据电压表的量程和最小定值电阻的阻值确定电路中的最大电流；然后根据电流从正接线流入，负接线柱流出将电流表接入电路中．
（2）电压表指针偏转到满刻度，可能是因为滑动变阻器电阻在最小值或导体断路；
（3）将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻时，电路中的总电阻变大，电路中的电流减小，滑动变阻器两端的电压减小，电压表的示数变大；要探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，即与电阻并联的电压表示数不变，为保证电阻两端的电压不变，要通过调节滑片，使滑动变阻器两端的电压变大，从而使电阻两端的电压变为原来的值．
（4）判断滑动变阻器的使用规格，同时要考虑滑动变阻器的电阻和允许通过的最大电流．

解答 解：（1）原图中已经选择0-3V电压表，为了电压表的安全，电阻两端的电压不可能大于3V，因此，电流不可能大于$\frac{3V}{5Ω}=0.6A$，另外题目中保持电压为1.5V不变，这样电路中的电流最大也就是$\frac{1.5V}{5Ω}=0.3A$，最小$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，因此，选择0.6A是最合适的，选择3A的量程太大，不便于读出数据！故将电流表“0.6”的接线柱与开关的右接线柱相连，“-”接线柱与电阻丝的b接线柱相连；如图所示：

（2）闭合开关，发现电压表指针偏转到满刻度的位置，即约等于电源电压．可能是由于滑动变阻器阻值最小或电阻发生了断路．
（3）将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻时，串联电路的总电阻变大，根据欧姆定律可知电路中电流变小，滑动变阻器分得的电压变小，电阻分得的电压变大；要探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，即与电阻并联的电压表示数不变，所以应调节滑片向F移动，增大滑动变阻器接入电路的电阻，使电压表的示数达到1.5V时，读取电流表示数．因此小李移动变阻器滑片P的目的保持定值电阻两端电压为1.5V不变．
（4）当20Ω的电阻接入a、b间时，要控制电压表的示数为1.5V不变，则滑动变阻器两端的电压为4.5V-1.5V=3V，电路中的电流为I=$\frac{U}{R}=\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，滑动变阻器接入电路中的阻值为R_滑=$\frac{U'}{I}=\frac{3V}{0.075A}$=40Ω，若选用规格为“20Ω，2A”滑动变阻器，无论怎样移动滑片P，电压表的示数始终无法达到1.5V；因此需要选择“50Ω 1A”的滑动变阻器．
故答案为：（1）如上图所示；（2）滑动变阻器阻值最小或电阻发生了断路；（3）F；保持定值电阻两端电压为1.5V不变；（4）“50Ω  1A”．

点评 本题考查了探究电流跟电阻关系的实验，探究的方法是控制变量法；并且能够根据题目数据选择合适的滑动变阻器，不但考虑滑动变阻器允许通过的电流，也要考虑滑动变阻器的电阻．电路电流不能超过滑动变阻器允许通过的最大电流，滑动变阻器最大电阻稍大于电路需要的电阻，这样，滑动变阻器既能满足电路要求，也能使电路准确获得需要的数据．