Question

7．甲、乙两小组探究“电流与电压和电阻的关系”，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，定值电阻四个（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），滑动变阻器两只（规格分别为“20Ω  2A”、“50Ω  1A”），小灯泡一只（额定电压3.8V），导线若干．

（1）甲小组探究“电流与电压的关系”：
①请你根据图甲的电路图用笔画线代替导线将图乙中的实物电路连接完整．
②他们将5Ω的电阻接入电路，检查无误后闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，造成这一现象的原因可能是定值电阻短路（写出一条即可）．
③排除故障后进行试验得到的数据如表，由此可得到的实验结论是电阻一定时，通过导体的电流与导体两端电压成正比．

电压U/V	1.0	1.5	3.0
电流I/A	0.2	0.3	0.6

（2）乙小组探究“电流与电阻的关系”：
①将5Ω的电阻接入电路，检查无误后闭合开关，移动滑片，使电压表的示数为1.5V，并记下相应的电流值．再用10Ω的电阻替换5Ω的电阻，此时滑片应向左（填“左”或“右”）端移动，移动滑动变阻器的目的是保持定值电阻两端电压一定．
②为了完成用四个定值电阻进行试验，应选择滑动变阻器的规格是50Ω 1A．
③他们用小灯泡替换定值电阻，移动滑片，使小灯泡正常发光，电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是1.14W．

Answer 1

分析 （1）①由电路图可知，电压表与电阻R并联，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电流表有示数，表明电流表所在电路接通；电压表无示数表明电阻短路，或电压表断路，或电压表短路；
③电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比；
（2）①当将电阻由5Ω更换为10Ω后，定值电阻阻值变大，定值电阻分压变大，滑动变阻器分压变小，为保证电阻两端电压不变，应移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变大，使定值电阻两端电压保持1.5V不变．
②滑动变阻器最大阻值太小，滑动变阻器的最大分压太小，定值电阻不能达到1.5V，为使实验能正常进行，可以更换最大阻值大的滑动变阻器或使定值电阻两端电压变大．
③确定电流表选择的量程和最小分度值，读出示数，根据P=UI计算出额电功率．

解答 解：（1）①定值电阻与滑动变阻器、电流表串联接入电路；电压表与电阻并联，电流从“+”接线柱流入，从“-”接线柱流出；如图所示：

②电流表有示数，表明电路接通；电压表无示数表明定值电阻短路，电压表相当与和一段导线并联，故无示数；或者电压表断路（或电压表短路）；
③分析数据可得出结论：电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比；
（2）①定值电阻由5Ω更换为10Ω后，定值电阻分压变大，大于原来的电压，为保持定值电阻两端电压不变，由电路图可知，应向左移动滑动变阻器滑片，增大滑动变阻器接入电路的阻值，增大滑动变阻器的分压，使定值电阻两端电压减小到原来的1.5V，保持定值电阻两端电压一定．
②实验中，当定值电阻是20Ω时，流过电路的电流I=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，
滑动变阻器接入电路的阻值应为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-1.5V}{0.075A}$=40Ω＞20Ω，
为使实验能顺利进行，可以更换最大阻值较大的滑动变阻器，使用规格为“50Ω 1A”的滑动变阻器，使定值电阻两端的电压变小，等于1.5V；
③电流表选择0～0.6A量程，最小分度值为0.02A，示数为0.3A，
小灯泡的额电功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
故答案为：（1）①见上图；
②定值电阻短路（或电压表短路、电压表断路）；
③电阻一定时，通过导体的电流与导体两端电压成正比；
（2）①左；保持定值电阻两端电压一定（或保持电压表示数不变）；
②50Ω；1A；
③1.14．

点评 本题考查了连接电路图、滑动变阻器的调节、实验方案的改进等问题，实验中应用了控制变量法，解题时注意该方法的应用．第（3）小题是本题的难点，知道实验过程中应控制定值电阻两端的电压不变，分析清楚电路结构、认真分析实验数据是正确解题的基础与关键．