Question

小明同學想用圖甲所示的電路來驗證“電流與電阻的關系”，他選擇的器材有：電壓恒為3V的電源，阻值為5Ω、10Ω，、20Ω的定值電阻各一只，“15Ω lA“的滑動變阻器一只，學生用電流表、電壓表各一只，開關和導線若于．他設想進行如下操作：
（1）實驗過程中他通過調節(jié)滑動變阻器來控制定值電阻兩端的電壓恒為1.5V．
A．先將R用5Ω的電阻接入電路中進行實驗，讀取與該電阻對應的電流值；
B．再用10Ω的電阻替換5Ω的電阻接入電路中進行實驗，讀取與該電阻對應的電流值；
C．最后他用20Ω的電阻替換10Ω的電阻接入電路中進行實驗，讀取與該電阻對應的電流值；
和小明同組的小紅同學經過分析和估算發(fā)現，這是無法完成的實驗設計，問：（a）小明此設計的主要問題出在哪里？
問題是：

滑動變阻器阻值偏小，不能使20Ω電阻接入電路時電壓保持1.5V

．
（b）小紅提出：要改進小明的設計，只要更換掉一個不合適的器材就可以使上述問題得以解決，并指出所需器材是下列器材中的一個：30Ω的定值電阻、4.5V的電源、“50Ω lA“的滑動變阻器、單刀雙擲開關
小紅要更換的器材是：其他設計不變，只要將小明所選的

“15Ω lA”的滑動變阻器

器材換為

“50Ω lA”的滑動變阻器

．
（2）根據題意，請你選擇合適的電表量程，并幫助小明按照電路圖用筆畫線代替導線完成右邊實物圖（圖乙）的連接．

Answer 1

分析：（1）電流跟電壓、電阻有關，用控制變量法研究電流跟電壓和電阻的關系．
（2）研究電流跟電阻的關系時，保持電阻兩端的電壓不變，改變電阻大小，討論電流跟電阻的關系．
（3）串聯電路電阻起分擔電壓的作用，電阻越大，分擔的電壓越大．

解答：解：（1）串聯電路電阻起分擔電壓的作用，相等的電阻分擔的電壓相等，電源的電壓是3V，當阻值為5Ω、10Ω的定值電阻接入電路，通過移動滑動變阻器的滑片，都能和滑動變阻器分擔一半的電壓1.5V，當20Ω的定值電阻接入時，滑動變阻器的最大阻值的15Ω，20Ω的定值電阻兩端的電壓最小是20Ω×

3V

20Ω+15Ω

≈ 1.7V，不能達到1.5V，要保持1.5V，滑動變阻器的電阻至少是20Ω．
（2）如果定值電阻換成30Ω，定值電阻的電壓更大，比1.7V還大，不能完成實驗，不符合題意．
（3）電源電壓換成4.5V時，20Ω的定值電阻兩端的電壓最小是20Ω×

4.5V

20Ω+15Ω

≈2.6V，不能達到1.5V．不符合題意．
（4）當20Ω的定值電阻接入時，要使定值電阻兩端的電壓達到1.5V，滑動變阻器的電阻至少是20Ω．電路中當定值電阻為5Ω，當滑動變阻器的阻值為0，最大電流是I=

3V

5Ω

=0.6A．“50Ω lA”的滑動變阻器符合題意．
（5）單刀雙擲開關不能改變電壓，不符合題意．
（6）電源電壓是3V，電壓表的量程是0-3V，電路中最大電流是0.6A，電流表的量程是0-0.6A．
故答案為：（1）a、滑動變阻器阻值偏小，不能使20Ω電阻接入電路時電壓保持1.5V．
b、將“15Ω lA”的滑動變阻器更換為“50Ω lA”的滑動變阻器．
（2）

點評：（1）研究電流跟電阻的關系時，能選擇電流表、電壓表的量程；選擇滑動變阻器的規(guī)格，合適的電源．
（2）正確掌握歐姆定律的電流跟電壓、電阻的關系．導體兩端的電壓一定時，導體中的電流跟導體的電阻成反比，在電阻一定時，導體中的電流跟導體的電壓成正比．
（3）串聯電路電阻起分擔電壓的作用，并聯電路的電阻起分擔電流的作用．