Question

4．物理興趣小組的同學(xué)們在探究“電流與電阻的關(guān)系”的實驗中，設(shè)計了如圖所示的電路．已知電源電壓為4.5V保持不變，所給的定值電阻的阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω、40Ω，不同的定值電阻兩端的控制電壓恒為2.5V．
（1）在連接電路的過程中，開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)．
（2）他們在電路連接好后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，電流表有明顯示數(shù)，且電路中只有一處故障，則故障原因可能是R₁短路．
（3）實驗中，他們將10Ω的定值電阻換成20Ω的定值電阻后，同時應(yīng)將滑動變阻器R₂的滑片P向B端移動到適當(dāng)位置．（選填“A”或“B”）
（4）為了使所給的四個定值電阻都能進(jìn)行實驗，滑動變阻器R₂的最大阻值至少應(yīng)為32Ω．

Answer 1

分析 （1）連接電路時，為了安全起見，開關(guān)必須斷開；
（2）電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表無示數(shù)，說明電壓表被短路，據(jù)此判斷故障的位置；
（3）根據(jù)串分壓的知識，若電阻變大，兩端分得的電壓將變大，電壓表的示數(shù)變大，為保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)增大滑動變阻器的阻值；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路分壓規(guī)律和歐姆定律可知，當(dāng)改用40Ω的電阻時，滑動變阻器的最大阻值最大，據(jù)此求出滑動變阻器R₂的最大阻值至少是多大．

解答 解：（1）連接電路時，為了安全起見，開關(guān)必須斷開；
（2）電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表無示數(shù)，說明電壓表被短路，因此與電壓表并聯(lián)的R₁發(fā)生了短路；
（3）將10Ω的定值電阻換成20Ω的定值電阻后，兩端的電壓將變大，所以電壓表的示數(shù)大于2.5V；
要減小電阻兩端的電壓，應(yīng)增大滑動變阻器的阻值，使滑動變阻器兩端電壓變大，故將滑片向B端滑動；
（4）探究電流和電阻的關(guān)系，需保持導(dǎo)體兩端的電壓不變，根據(jù)串分壓的知識，當(dāng)導(dǎo)體電阻為40Ω時，所需滑動變阻器的阻值最大；
由歐姆定律可知，電路中的電流：I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{2.5V}{40Ω}$=0.0625A；
滑動變阻器接入電路的最大阻值：R_最大=$\frac{U-{U}_{1}}{I}$=$\frac{4.5V-2.5V}{0.0625A}$=32Ω．
故答案為：（1）斷開；（2）R₁短路；（3）B；（4）32．

點(diǎn)評 此題是探究“電流跟電阻的關(guān)系”，考查了滑動變阻器的連接及控制變量的方法的應(yīng)用，關(guān)鍵是能根據(jù)根據(jù)串聯(lián)電路分壓規(guī)律確定滑動變阻器最大阻值的計算．