Question

4．某實(shí)驗(yàn)小組探究“通過導(dǎo)體的電流與電壓的關(guān)系”時(shí)，設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路．電源電壓不變，R₁為定值電阻，電流表A選用0～0.6A量程，電壓表V₁選用為0～3V量程，電壓表V₂選用為0～15V量程，滑動(dòng)變阻器R₂上標(biāo)有“50Ω 1A”的字樣．
（1）根據(jù)圖甲的電路圖，將圖乙的實(shí)物電路連接完整．

（2）閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)放在B（選填“A”或“B”）端．
（3）閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表A 與電壓表V₂的示數(shù)為零，電壓表V₁的示數(shù)不為零，則電路存在的故障是電阻R₁斷路．
（4）排除故障后，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，記錄電流表A 與電壓表V₁的示數(shù)，得到一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表所示．其中，第三次電流表的示數(shù)如圖丙所示，請(qǐng)?zhí)钊氡砀裰校�分析表中�?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得結(jié)論：當(dāng)導(dǎo)體的阻值不變時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓成正 比．

序號(hào)	電壓表V1的示數(shù)U1/V	電流表A的示數(shù)I/A
1	1.0	0.1
2	2.0	0.2
3	3.0

（5）實(shí)驗(yàn)中，記錄電流表A 與電壓表V₂的示數(shù)，得到一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出I─U₂圖線，如圖丁所示，則電源電壓是6V．在保證實(shí)驗(yàn)器材安全的前提下，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值不得小于10Ω．

Answer 1

分析 （1）在根據(jù)電路圖連接電路過程中，要特別注意電流表、電壓表的位置、接法、量程選擇和電流方向；滑動(dòng)變阻器采用“一上一下”的接法與定值電阻串聯(lián)．
（2）為保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)位于最大阻值處．
（3）閉合開關(guān)，電流表或電壓表示數(shù)為零，說明與其串聯(lián)的電路斷路；電壓表有示數(shù)，說明與其串聯(lián)的電路是通路．
（4）據(jù)電流表的量程可以判斷出分度值，進(jìn)而得出此時(shí)電流表的示數(shù)；
由電路圖知，電壓表V₁測量電阻R₁兩端電壓，電流表測量電路電流．比較電壓、電流變化規(guī)律就能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．
（5）由上一步可以得到電阻R₁的阻值；在丁圖中，滑動(dòng)變阻器兩端最大電壓為5.0V，此時(shí)電路電流為0.1A，由此得到滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值；已知電阻R₁和滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，可以得到總電阻；已知電路總電阻和電流，可以得到電源電壓；
為保護(hù)用電器或電流表、電壓表，電路電流不能超過用電器或電流表允許通過的最大電流，兩端電壓不能超過電壓表選擇的量程．確定電路最大電流或最大電壓后，在電源電壓不變的情況下，得到電路的總電阻，其中R₁已得出，所以能夠得到滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻．

解答 解：
（1）題目已明確了電流表、電壓表的量程，只要將電阻、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、電源串聯(lián)，電壓表V₁與電阻并聯(lián)、電壓表V₂與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)即可，如下圖．

（2）為保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)位于最大阻值處，也就是位于B端．
（3）閉合開關(guān)，電流表A 與電壓表V₂的示數(shù)為零，說明與他們串聯(lián)的電路是斷路狀態(tài)--但不可能是滑動(dòng)變阻器斷路（如果滑動(dòng)變阻器斷路，電壓表V₂有示數(shù)）；電壓表V₁有示數(shù)，說明與V₁串聯(lián)的電路是通路，所以電路故障為電阻R₁斷路．
（4）據(jù)上圖丙可知，此時(shí)電流表選擇的是小量程，故其分度值是0.02A，故此時(shí)的示數(shù)是0.3A；如下表格：

序號(hào)	電壓表V1的示數(shù)U1/V	電流表A的示數(shù)I/A
1	1.0	0.1
2	2.0	0.2
3	3.0	0.3

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：電壓成倍增大，電流也成倍增大，且兩者增大的倍數(shù)相同．所以實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：在電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與兩端電壓成正比．
（5）定值電阻的阻值為R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω
由丁圖知，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為5V時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{5V}{0.1A}$=50Ω
所以電源電壓為U=IR=0.1A×（10Ω+50Ω）=6V；
已知電源電壓為6V，所以對(duì)電壓表V₂不會(huì)造成損害；已知電源電壓和電阻R₁的阻值，可得電路最大電流為0.6A，對(duì)電流表也不會(huì)造成損害；當(dāng)電壓表V₁電壓達(dá)到3V時(shí)，電路電流為I=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A．
所以滑動(dòng)變阻器接入電路電阻為R_最小=$\frac{6V-3V}{0.3A}$=10Ω，即滑動(dòng)變阻器接入電路電阻不能小于10Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）B；（3）電阻R₁斷路；（4）見上表；正；（5）6；10．

點(diǎn)評(píng) 在額定電流不同的用電器串聯(lián)在同一電路中時(shí)，確定電路電流的原則是：“同情弱者”--以最小的額定電流為電路電流，防止燒壞用電器．