题目内容

20.如图所示是“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”的电路图.所用实验器材是:电源(电压6V不变)、电流表(0~0.6A),电压表(0~3V)、电阻箱(0~999.9Ω)、滑动变阻器(40Ω 2A)、开关、导线若干.
表一:

实验序号电压U/V电流I/A
11.20.20
21.80.30
32.40.40
表二:
实验序号电阻R/Ω电流I/A
150.40
2100.20
3200.10
(1)探究电流与电压的关系时,所测得的几组电流、电压值见表一,分析表中数据可以得出的结论是:在电阻一定时,电流与电压成正比.
(2)探究电流与电阻的关系时,改变接入电路中的阻值,应调节电阻箱改变接入电路中的阻值,并调节滑动变阻器使电压表的示数保持相同,读出电流值,所测得几组数据见表二.
(3)就本实验所用器材,在探究电流与电阻的关系时,若保持电阻箱两端的电压为2V,为完成实验,电阻箱可接入电路的阻值是3.3Ω(保留一位小数)至20Ω.

分析 (1)根据表中电流和电压的数值分析;
(2)探究电流与电阻的关系,需保持电压不变;根据变阻箱和滑动变阻器的作用确定调节的对象;
(3)先判断当电路中电流最大时,电阻箱接入电路的阻值最小;当滑动变阻器的阻值最大时,电阻箱接入电路的阻值最大.分别利用欧姆定律的基本公式及其变形公式进行解答.

解答 解:(1)由表格中的数据分析得,电阻不变,电压增大为原来的几倍,电流就增大为原来的几倍,可得当导体的电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比.
(2)此实验通过调节电阻箱来改变接入电路中的电阻,通过调节滑动变阻器使电阻两端的电压不变.
(3)电流表的示数不能超过0.6A,即最大电流为0.6A;因为电阻箱两端的电压为2V,所以R最小=$\frac{U}{{I}_{最大}}$=$\frac{2V}{0.6A}$≈3.3Ω;
根据题意,当电流表的示数为0.6A时,便是电阻箱的最小阻值;
根据分压原理,电压的分配与电阻成正比,$\frac{{U}_{表}}{{R}_{定}}$=$\frac{U-{U}_{表}}{{R}_{滑}}$,即$\frac{6V-{U}_{表}}{{U}_{表}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$,
整理得:$\frac{6V}{{U}_{表}}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$    ①,
因U表保持不变,由①式知,因方程左边为定值,电阻箱连入电路中的电阻随变阻器连入电路中的电阻变大而变大,当变阻器的最大电阻40Ω连入电路时,电阻箱连入电路中的电阻最大,
将已知量代入①式得:$\frac{6V}{2V}$-1=$\frac{40Ω}{{R}_{定大}}$,故R定大=20Ω;
即为能完成实验,电阻箱可接入电路的阻值范围是3.3Ω至20Ω.
故答案为:(1)在电阻一定时,电流与电压成正比;(2)电阻箱;滑动变阻器;(3)3.3;20.

点评 此题探究通过导体的电流与电压、电阻的关系,考查分析数据归纳结论的能力、控制变量法的应用、及串联电路的规律、欧姆定律、电功率公式的灵活运用,为实验的压轴题,难度较大.

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