Question

17．小明用如图所示的电路探究“电流与电阻的关系”，器材如下：电压为3V的电源，标有“20Ω 2A”字样的滑动变阻器，阻值为5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻各一个，电流表、电压表、开关和导线．
（1）小明把5Ω的电阻接入电路，变阻器的滑片P移到阻值最大处，闭合开关S，发现电流表有示数而电压表无示数，则电路的故障可能是电压表断路（写出一种）．
（2）排除故障后，断开开关S，小明用10Ω的电阻替换5Ω的电阻，马上闭合开关S，为了保持电压表的示数不变，应将滑片P从原位置向B端（选填“A”或“B”）移动．但老师指出此操作有缺漏，你认为应补充的操作是：闭合开关前先将滑片P移至阻值最大处．
（3）实验数据如表所示，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	0.4
2	10	0.2
3	20	0.1

（4）此实验中滑动变阻器起到了保护电路元件安全和控制R两端的电压不变的作用．
（5）当小明改用50Ω的电阻继续实验时，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，都无法使电压表示数达到实验要求的值，你认为“电压表的示数无法达到实验要求的值”的原因肯能是C
A．滑动变阻器的阻值太大     B．电压表量程选小了
C．滑动变阻器的阻值太小    D．滑动变阻器烧坏了．

Answer 1

分析 （1）常见电路故障有断路与短路，根据电路故障现象分析电路故障原因．
（2）根据串联电路分压的规律可知用10Ω的电阻替换5Ω的电阻后电阻两端电压的变化情况，再根据串联电路电压规律判断滑动变阻器两端电压的变化，进一步确定滑片移动的方向．
（3）电压一定，电流与电阻成反比；
（4）利用滑动变阻器来控制电阻两端电压不变．
（5）根据串分压的知识，当电阻的阻值最大时，所需的滑动变阻器阻值最大，计算出此时滑动变阻器的阻值得出滑动变阻器的规格；根据另一滑动变阻器的最大阻值求出电阻的阻值，便可得出结论．

解答 解：（1）闭合开关S，电流表有示数，说明电路为通路；电压表无示数，说明电压表断路或与电压表并联的R短路；
（2）用10Ω的电阻替换5Ω的电阻后，由于串联电路起分压作用，因此定值电阻两端电压变大，即电压表的示数变大，要保持电压表示数不变，需增大滑动变阻器两端电压，由串联电路分压规律可知，需增大滑动变阻器接入电路的阻值，故将滑片向B端移动；用10Ω的电阻替换5Ω的电阻后，电压表示数变大，因此电压表可能被烧坏，更换电阻后，应先将滑动变阻器的滑片P处于最大阻值处，再闭合开关，移动滑片P使电压表的示数为原来电压值；
（3）由表格中数据知，电流与电阻的乘积为定值U=IR=0.4A×5Ω=0.2A×10Ω=0.1A×20Ω=2V，可得：当电压一定时，通过导体中的电流与电阻成反比；
（4）该实验中滑动变阻器的作用除了保护电路外，其主要作用是控制电阻两端的电压保持2V不变．
（5）改用50Ω的电阻时，则滑动变阻器两端的电压为：
U_滑=3V-2V=1V，
$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{U}{R}$，即$\frac{1V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{50Ω}$
所以R_滑=25Ω
分析知，可能是小明选用的滑动变阻器最大阻值太小，故选C．
故答案为：（1）电压表断路；（2）B；闭合开关前先将滑片P移至阻值最大处；（3）反；（4）控制R两端的电压不变；（5）C．

点评 本题是探究电流与电阻关系的实验，考查了控制变量法的应用，电流与电阻的关系及欧姆定律在串联电路中的应用．