Question

5．小华同学为了“探究电流与电阻的关系”，设计了如图甲所示的实验电路．她在学校实验室找来了如下一些实验器材：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，滑动变阻器和导线若干．

（1）请你用笔画线代替导线，将图乙中的实物电路连接完整．
（2）小华连接好实物电路，移动滑动变阻器的滑片P到阻值最大的位置，闭合开关S后，发现电流表指针正常偏转，电压表的示数为零，则产生这种故障的原因可能是R处发生短路．
（3）排除故障后，小华先把10Ω的电阻接入电路，移动滑动变阻器的滑片P，使电压表示数为2V，读出电流表的示数后，断开开关S，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S，电压表的示数如图丙所示，其示数是2.4V，要完成这次实验，接下来她应向右移动滑动变阻器的滑片P，使电压表的示数为2V．
（4）小华完成了多组实验，利用收集到的数据，作出了如图丁所示的电流I随电阻R变化的关系图象，分析图象得出结论：电压一定时，导体中的电流与电阻成反比．
（5）为了能用所选的三只定值电阻完成实验，小华所选滑动变阻器的最大阻值应不小于25Ω．

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，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）根据串分压的知识，定值电阻的阻值变大，两端电压变大，要保持其两端电压不变，应减小变阻器的阻值；
（4）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．
（5）根据滑动变阻器的最大阻值与定值电阻阻值间的关系，由串联电路的分压原理分析电压表不能达到要求的原因．

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，电压表与定值电阻并联，电流表串联在电路中，根据电路图连接实物电路图，如图所示．

（2）如果R发生短路，电路是通路，电流表有示数，电压表指针不偏转，故发生这种故障的原因可能是R处发生短路；
（3）由图可知，电压表所选量程为0～3V，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2OΩ的电阻．闭合开关，电压表的示数会变大，应增大滑动变阻器的阻值，则应将变阻器滑片向右移动，使电压表的示数不变为2V；
（4）分析图丙图象，曲线上每点对应的电流和电阻的乘积都等于2.5V，说明电压一直保持在2.5V，此时导体中的电流与电阻成反比；
（5）当改用50Ω的电阻时，电路中的电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{50Ω}$=0.04A；滑动变阻器的阻值为：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{0.04A}$=$\frac{3V-2V}{0.04A}$=25Ω．
故答案为：（1）见上图；（2）R处发生短路；（3）2.4；右；（4）反比；（5）25．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验数据处理、实验操作分析、实验操作改进等问题，实验操作分析及实验改进措施是本题的难点，要根据串联电路的分压原理认真分析，然后提出改进措施．