Question

9．在“探究通過導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系”實驗中，小明采用的電路如圖甲所示，實驗中，他始終保持定值電阻R兩端的電壓為6V不變．實驗中所用的部分器材如下：電源（電壓恒為9V），電流表（0-0.6A），電壓表（0-15V），15Ω、20Ω、25Ω、30Ω和50Ω的定值電阻各一只，滑動變阻器（20Ω，1A）．

（1）小明將20Ω的定值電阻接入a、b之間進(jìn)行實驗，在閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片P置于圖中滑動變阻器的最右端；
（2）閉合開關(guān)后，小明發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，電流表示數(shù)始終為零，電壓表示數(shù)始終為9V，已知導(dǎo)線和各處的連接完好．由此推斷，電路中定值電阻（填寫器材名）發(fā)生了斷路（選填“短路”或“斷路”）故障；
（3）小明將某定值電阻接入a、b之間進(jìn)行實驗，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為6V，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則示數(shù)為0.24A；
（4）當(dāng)小明將50Ω定值電阻接入a、b之間進(jìn)行實驗時，你推測將出現(xiàn)的一個不能達(dá)到實驗?zāi)康膶嶒灛F(xiàn)象是電壓表的示數(shù)調(diào)不到6V，其原因是滑動變阻器的最大阻值偏小；
（5）小明根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出圖丙所示圖象，依此你得出的結(jié)論是：在電壓一定時，通過電阻R的電流與它的阻值成反比；
（6）若用電阻箱替換定值電阻接在a、b之間，其它實驗條件不變，為完成上述實驗，電阻箱的阻值調(diào)節(jié)范圍是10Ω-40Ω．

Answer 1

分析 （1）閉合開關(guān)前，變阻器連入電路中的電阻最大；
（2）發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，電流表示數(shù)始終為零，說明電路可能斷路，電壓表示數(shù)始終為9V，說明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的電阻之外的電路是連通的，則也電壓表并聯(lián)的電阻斷路了；
（3）由圖中電流表小量程讀數(shù)；
（4）研究電流與電阻有關(guān)系時，要控制電壓表示數(shù)不變；根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理求變阻器連入電路中電阻最大不少于多少，與題中的變電阻的規(guī)格比較分析回答；
（5）根據(jù)圖丙分析回答；
（6）當(dāng)變阻器連入電路中電阻大時，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理求電阻廂連入電路中的最大電阻；
判斷電路中允許通過的最大電流，求出電路的最小總電阻，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理結(jié)合串聯(lián)電阻的規(guī)律求電阻箱的最小電阻．

解答 解：（1）在閉合開關(guān)前，變阻器連入電路中的電阻最大，應(yīng)將滑片P置于圖中滑動變阻器的右端；
（2）經(jīng)分析，明無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，電流表示數(shù)始終為零，電壓表示數(shù)始終為9V，已知導(dǎo)線和各處的連接完好．由此推斷，電路中的定值電阻斷路了；
（3）圖乙中電流表選用小量程分度值為0.02A，示數(shù)為0.24A
（4）電源電壓為9V，始終保持定值電阻R兩端的電壓為U_表=6V不變，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓為U_滑=U-U_表=9V-6V=3V，變阻器的電壓為定值電阻電壓的$\frac{3V}{6V}$，根據(jù)分壓原理，變阻器的電阻為定值電阻的$\frac{1}{2}$倍，即為$\frac{1}{2}$×50Ω=25Ω＞20Ω，即要保持定值電阻R兩端的電壓為6V不變，當(dāng)接入最大的定值電阻時，變阻器要連入電路中的電阻為25Ω才能完成實驗，而題中變阻器的最大電阻只有20Ω，變阻器的最大電阻太小，電壓表的示數(shù)調(diào)不到6V；
（5）由圖丙知，I與電阻的倒數(shù)成正比，所以得出的結(jié)論是：在電壓一定時，通過電阻R的電流與它的阻值成反比；
（6）若用電阻箱替換定值電阻接在a、b之間，其它實驗條件不變，電源電壓為9V，電壓表示數(shù)為6V：
①由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓為9V-6V=3V，電阻箱的電壓為變阻器電壓的2倍，當(dāng)變阻器的全部電阻連入電路中時，根據(jù)分壓原理，
電阻箱的最大電阻為R_箱大=2×20Ω=40Ω；
②電流表量程為0-0.6A，當(dāng)電路中電流最大為I_大=0.6A時，
根據(jù)歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，電路的總電阻最小R_小=$\frac{U}{{I}_{大}}$=$\frac{9V}{0.6A}$=15Ω，
因變阻器電壓為電阻箱電壓為的$\frac{3V}{6V}$=$\frac{1}{2}$倍，
由分壓原理，變阻器連入電路中電阻為電阻箱的電阻的$\frac{1}{2}$倍，
根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律R_小=R_箱小+R_變=R_箱小+$\frac{{R}_{廂小}}{2}$=15Ω，
電阻箱電阻最小為R_箱小=10Ω．
故其它實驗條件不變，為完成上述實驗，電阻箱的阻值調(diào)節(jié)范圍是10Ω-40Ω．
故答案為：（1）右；
   （2）定值電阻；   斷路； 
（3）0.24；
（4）電壓表的示數(shù)調(diào)不到6V；   滑動變阻器的最大阻值偏��；  
（5）反比；
（6）10Ω-40Ω

點評 本題探究通過導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系，考查實驗注意事項、故障的分析、對器材的要求及讀圖能力和分析數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力，將實驗與計算結(jié)合起來，綜合性較強(qiáng)，難度較大．