Question

1．小明為探究“通過導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系”，從實驗室借來6V電源、電流表、電壓表各一個，四個定值電阻，分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω，滑動變阻器一個，開關(guān)一個，導(dǎo)線若干．

實驗序號	1	2	3	4	5	6
電阻/Ω	5	5	5	10	15	20
電流/A	0.2	0.3	0.6		0.20	0.15
電壓/U	0	/	3		3	3

（1）小明設(shè)計出如左圖電路圖，并完成右邊實物圖的部分連接，請你用筆畫線代替導(dǎo)線，幫助小明完成剩下的電路連接，要求滑片向右移動時，電流表的示數(shù)變�。�
（2）正確連接電路后，小明按操作規(guī)范把滑片放在正確位置后，再閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)為0（見序號1），這太不正常了！小明為了判斷出電路故障的原因，把電壓表從電路中取下，移動滑片至滑動變阻器的中點，電流表的示數(shù)變?yōu)?.3A（見序號2）．則序號1實驗中發(fā)生故障的電路元件及故障原因是電壓表短路．
（3）解除故障后，小明繼續(xù)進行實驗，完成序號3實驗后，將定值電阻由5Ω換為10Ω后進行序號4實驗時，立即閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)小于0.3A（選填“大于”“小于”或“等于”）．為達到實驗?zāi)康�，滑片�?yīng)該向右（選填“左”或“右”）移動．
（4）本實驗中，若讓你選擇實驗器材，則定值電阻R的最大阻值為30Ω（其他器材的規(guī)格不變）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題目要求確定電壓表、滑動變阻器的接法，然后把電壓表并聯(lián)在定值電阻兩端，滑動變阻器串聯(lián)接入電路；
（2）電流表的有示數(shù)，說明電路是通路；電壓表指針幾乎不動說明燈泡處的電阻很小，從斷路和短路兩種情況進行分析；
（3）在研究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)該控制電阻兩端的電壓不變，是通過移動滑動變阻器的滑片實現(xiàn)的；
當(dāng)換接阻值更大的電阻后，電阻兩端的電壓會增大，然后確定滑動變阻器的阻值變化，得出滑片的移動方向；
（4）根據(jù)實驗序號1的數(shù)據(jù)，由歐姆定律求出滑動變阻器的最大阻值，根據(jù)串聯(lián)電路特點及歐姆定律求出此時定值電阻的最大值．

解答 解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，電表選用小量程與電阻并聯(lián)，因要求滑片向右移動時，電流表的示數(shù)變小，即電阻變大，變阻器滑片以左電阻絲連入電路中，根據(jù)電路圖連接實物圖，如下所示：

（2）電流表有示數(shù)，說明電路是通路；把電壓表從電路中取下，移動滑片至滑動變阻器的中點，電流表的示數(shù)變?yōu)?.3A，滑動變阻器減小，電流增大，定值電阻沒有故障，故電路故障為電壓表短路；
（3）在滑動變阻器的電阻值Rp不變的情況下，電路中由于將5Ω的定值電阻換成10Ω的定值電阻，使整個電路的總電阻增大，
利用公式I=$\frac{U}{R}$可知，電路中的總電流減小，故電流表的示數(shù)應(yīng)小于0.3A；
根據(jù)U=IR可知，此時滑動變阻器兩端的電壓的減小，
根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各分電壓之和可知，定值電阻兩端的電壓變大，
要使電壓表的示數(shù)不變，只能減小電路中的電流，所以要使電路中的電阻增大，即滑片P向右端移動增大電阻．
（4）正確連接電路后，小明按操作規(guī)范把滑片放在正確位置后，即變阻器阻值最大處，由實驗序號1的數(shù)據(jù)知，此時變阻器的最大電阻：
R_滑=$\frac{U}{{I}_{1}}=\frac{6V}{0.2A}$=30Ω，因電壓表示數(shù)保持3V不變，故變阻器分得的電壓U_滑=6V-3V，變阻器分得的電壓與電壓表示數(shù)相相等，根據(jù)分壓原理，定值電阻的最大值等于變阻器的最大值，即為30Ω．
故答案為：（1）如上所示；（2）電壓表短路；（3）小于；右；（4）30．

點評 本題通過導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系，考查電路的連接、故障的分析、操作過程及對器材的要求和控制變量法的運用．