Question

3．小華利用如圖甲所示的電路探究“電流與電阻的關(guān)系”．已知電源電壓為6V且保持不變，實驗用到的電阻R的阻值分別為10Ω、15Ω、20Ω、25Ω，滑動變阻器的銘牌上是“2A50Ω”的．

（1）請根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導(dǎo)線將圖乙所示的實物電路連接完整．閉合開關(guān)前，滑片P應(yīng)當(dāng)移至最右端（選填“左”或“右”）．
（2）為完成整個實驗，應(yīng)利用滑動變阻器控制R兩端的電壓至少保持4V不變．
（3）連好電路閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，則故障可能電壓表斷路或定值電阻短路．
（4）實驗中，若保證電壓表的示數(shù)為2.5V不變，將定值電阻R的阻值由25Ω更換為15Ω，為了保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)將滑動變阻器的滑片向左（選填“左”或“右”）；當(dāng)定值電阻為10Ω時，移動滑動變阻器滑片應(yīng)使接入的阻值為14Ω．
（5）小華又將乙圖中的電阻R換成標(biāo)有“2.5V”的小燈泡，圖丙是使該燈泡正常發(fā)光時的電流表的示數(shù)，則該燈泡的額定功率為0.5W．
（6）將R換成插有鐵心的螺線管，則當(dāng)滑片P向左滑動時，它能夠吸起大頭針的數(shù)量將增多．

Answer 1

分析 （1）電流表串聯(lián)在電路中，根據(jù)題中可知電路中的電流大小確定其量程，接入電路；閉合開關(guān)前將滑片滑動阻值最大處；
（2）將電阻接入電路，與滑動變阻器分壓，應(yīng)該移動滑片保持定值電阻兩端電壓不變；
（3）連好電路閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，故障可能是電壓表斷路或定值電阻短路；
（4）當(dāng)將大電阻換成小電阻，電路中電阻減小，電路中電流增大，由歐姆定律可知定值電阻兩端電壓增大，據(jù)此分析解答；
（5）看清量程和分度值，讀出示數(shù)，利用P=UI求出燈的功率；
（6）先判斷出電流的變化，再利用電磁鐵磁性與電流關(guān)系分析解答．

解答 解：（1）根據(jù)電路圖連接實物，電流表串聯(lián)在電路中，當(dāng)電路中接入最小電阻，滑動變阻器接入電阻為零時，
電路中的電流最大為：I_max=$\frac{U}{R}$=$\frac{6V}{10Ω}$=0.6A，故電路連接如圖：

開關(guān)閉合前，滑片應(yīng)該滑到最值最大處，由電路圖可知滑片應(yīng)該移至最右端；
（2）當(dāng)定值電阻接入最大為25Ω時，滑片處于最大阻值處，
則電路中的總電阻為R=25Ω+50Ω=75Ω，
電路中的電流最小為I_min=$\frac{U}{{R}_{總}}$=$\frac{6V}{75Ω}$=0.08A；
故滑動變阻器兩端的最小電壓為：U′=I_minR_滑=0.08A×50Ω=4V；
（3）連好電路閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，故障可能是電壓表斷路或定值電阻短路；
（4）實驗中，若保證電壓表的示數(shù)為2.5V不變，將定值電阻R的阻值由25Ω更換為15Ω，根據(jù)串聯(lián)電路電壓與電阻關(guān)系可知，定值電阻兩端電壓會變小，滑動變阻器兩端電壓增大，為了保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)將滑動變阻器的滑片向左滑動，直到電壓表示數(shù)為2.5V；
當(dāng)當(dāng)定值電阻為10Ω時，電路中的電流為：I″=$\frac{U″}{R″}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
由于分壓作用，滑動變阻器兩端電壓為：U_滑=U-U″=6V-2.5V=3.5V，
則移動滑動變阻器滑片應(yīng)使接入的阻值為R_滑′=$\frac{{U}_{滑}′}{I″}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；
（5）由圖可知電流表接入的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，此時示數(shù)為0.2A；
則該燈泡的額定電功率為：P=U_LI_L=2.5V×0.2A=0.5W；
（6）將R換成插有鐵心的螺線管，則當(dāng)滑片P向左滑動時，接入電電阻減小，電路中電流增大，則通電螺線管的磁性增強，故它能夠吸起大頭針的數(shù)量將增多．
故答案為：（1）電路如上圖；右；
（2）4；
（3）電壓表斷路或定值電阻短路；
（4）左；14Ω；
（5）0.5；
（6）增多．

點評 通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓和電阻兩個因素有關(guān)，無論是探究實驗，還是得出結(jié)論時都要使用“控制變量法”．