Question

4．某同学用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）该同学将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）；实验记录的多组数据如下表所示．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

（5）实验结束后，该同学问老师在此实验中能否换用50Ω的定值电阻进行实验？老师指导该同学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，无法保持电压表示数为1.8V．

Answer 1

分析 （1）电压表与电阻并联，电流表、滑动变阻器与电阻串联，滑动变阻器要接一上一下；
（2）根据电流表有示数，则电路没有发生断路，电压表有示数，则说明电阻两端无电压，可能与电压表并联的电路短路；根据电流表的量程和分度值读出电流值；
（3）根据串联电路的分压特点，换接电阻后，应保持电压表的示数不变，根据串分压的知识判断滑片的移动方向；
（4）电流与电阻的关系：电压一定，电流与电阻成反比；
（5）根据表格中数据确定定值电阻两端的电压，由欧姆定律及串联电路的电压规律求出若换用50Ω的定值电阻时所需滑动变阻器的阻值，结合变阻器的规格便可得出结论．

解答 解：（1）电压表与电阻并联，由于电源电压为3V，所以应选择0～3V的量程；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，如图所示：

（2）电流表有示数，电压表无示数，说明与电压表并联部分发生短路，或定值电阻R₁短路；
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，电压表的示数会变大，所以应该增大滑动变阻器的阻值，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；
（4）电流和电阻的关系为：当电压一定时，通过导体中的电流与电阻成反比；
（5）根据表格中数据可知，电阻两端的电压为：
U=IR=0.18A×10Ω=1.8V；
当定值电阻为50Ω时，
因为$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
即$\frac{1.8V}{3V-1.8V}$=$\frac{50Ω}{{R}_{滑}}$，
解得：R_滑≈33.3Ω
由于滑动变阻器的最大阻值为20Ω，无法保持定值电阻两端电压始终为1.8V．
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，无法保持电压表示数为1.8V．

点评 此题是探究电流和电阻的关系实验，考查了控制变量法的应用，同时考查了电流表、电压表、滑动变阻器的接法，考查了电流表的读数及电阻的计算，涉及到了串联电路中电流、电压的关系及欧姆定律的灵活应用．