Question

13．現(xiàn)要做探究“電阻一定時(shí)，電流與電壓的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)中可供使用的器材有：
A．電流表（量程0～0.6A，0～3A）
B．電壓表（量程0～3V，0～15V）
C．定值電阻R₁（阻值為3Ω）
D．定值電阻R₂（阻值為10Ω）
E．滑動(dòng)變阻器 R₁′（10Ω，2A）
F．滑動(dòng)變阻器R₂′（100Ω，1A）
G．干電池二節(jié) （一節(jié)干電池的電  壓為1.5V）
H．開(kāi)關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干．則：

現(xiàn)利用以上部分器材，探究“電阻一定時(shí)，電流與電壓的關(guān)系”，要求實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電表的最大示數(shù)能超過(guò)電表量程的一半，同時(shí)又考慮操作的方便．則：
（1）用來(lái)探究的定值電阻R應(yīng)選R₁，滑動(dòng)變阻器R′應(yīng)選R₁′（選填實(shí)驗(yàn)器材前的字母代號(hào)）；電流表的量程應(yīng)選0～0.6A．
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，在如圖2所示的虛線框內(nèi)，正確畫出實(shí)驗(yàn)所需的電路圖．（其中，部分電路已畫出）
（3）某小組的同學(xué)還想通過(guò)此連接好的電路測(cè)量所選定值電阻的阻值．如果要比較精確測(cè)量所選定值電阻的阻值，要求電表的指針至少達(dá)到量程的三分之一，同時(shí)又要防止損壞電表，那么滑動(dòng)變阻器連入電路中的阻值變化范圍是2～6Ω．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電表的最大示數(shù)能超過(guò)電表量程的一半進(jìn)行分析．計(jì)算出當(dāng)滑動(dòng)變阻器為零時(shí)通過(guò)兩電阻的電流，選擇電流值能超過(guò)量程0～0.6A一半的．根據(jù)定值電阻選擇滑動(dòng)變阻器的型號(hào)．
（2）要掌握此實(shí)驗(yàn)中電路圖的畫法．其中電流表、電阻、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表與電阻并聯(lián)．
（3）根據(jù)題意判斷出電流的最大值和最小值及電壓表的最大值和最小值，然后根據(jù)歐姆定律及串聯(lián)電路的知識(shí)進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）由于電路中電流會(huì)很小，所以電流表選擇0～0.6A的量程．
因?yàn)橐�求�?shí)驗(yàn)過(guò)程中電表的最大示數(shù)能超過(guò)電表量程的一半．
若選擇D，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為零時(shí)，電路中的電流I=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，剛好是電流表量程的一半，若加滑動(dòng)變阻器，則電路中的電流會(huì)小于0.3A，不可以選擇；
若選擇C，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為零時(shí)，電路中的電流I′=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{3Ω}$=1A，所以可以選擇．
由上計(jì)算可知，選擇最大阻值為10Ω的滑動(dòng)變阻器便可達(dá)到要求，而最大阻值為100Ω太大，不便操作．
（2）根據(jù)要求畫出電路圖，電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表與電阻R并聯(lián)，電路圖如圖．

（3）因?yàn)橐�求電表的指針至少達(dá)到量程的三分之一，電壓表應(yīng)不小于1V，電流表不小于0.2A．
所以當(dāng)滑動(dòng)變阻器為0時(shí)，電路中的電流最大，為I=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{3Ω}$=1A，
超過(guò)電流表的量程，電壓表3V，未超過(guò)其量程；
根據(jù)電流表的量程選擇，電路中允許的最大電流為0.6A，此時(shí)電路中的總電阻R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.6A}$=5Ω，所以變阻器的最小阻值R_小=5Ω-3Ω=2Ω；
電流表三分之一刻度為0.2A，若電壓表示數(shù)為1V，則電阻的電流I=$\frac{{U}_{小}}{R}$=$\frac{1V}{3Ω}$=0.33A，大于0.2A，所以電阻兩端的最小電壓為1V；
根據(jù)串分壓的知識(shí)，$\frac{{U}_{最小}}{R}$=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{大}}$
$\frac{1V}{3Ω}$=$\frac{3V-1V}{{R}_{大}}$
解得R_大=6Ω．
因此滑動(dòng)變阻器的變化范圍應(yīng)為2Ω～6Ω．
故答案為：（1）R₁；R₁′；0～0.6A；（2）見(jiàn)上圖；（3）2～6．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究“電阻一定時(shí)，電流與電壓的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，考查了學(xué)生對(duì)儀器量程的選擇，這是在實(shí)際操作中常遇到的問(wèn)題，但分析起來(lái)難度比較大一些，屬于難點(diǎn)內(nèi)容．在題目中還考查了有關(guān)電路圖和實(shí)物電路的連接及最值的求法．