Question

小華利用如圖乙所示的器材設(shè)計(jì)電路來探究“電流與電阻的關(guān)系”，已知電源電壓為4.5V且保持不變，實(shí)驗(yàn)用到的定值電阻R的阻值分別為25Ω、20Ω、15Ω、10Ω，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“50Ω，2A”．

（1）請(qǐng)?jiān)趫D甲的方框中畫出該實(shí)驗(yàn)的電路圖．
（2）根據(jù)電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線在圖乙所示的實(shí)物電路中補(bǔ)上二根導(dǎo)線，使電路連接完整 （要求滑片向右移時(shí)，電壓表示數(shù)變小，不得改動(dòng)已有的接線．）；
（3）本實(shí)驗(yàn)中使用滑動(dòng)變阻器除了保護(hù)電路外，主要目的是：

控制定值電阻R兩端的電壓不變

．
（4）在本實(shí)驗(yàn)操作中，還有一些問題請(qǐng)思考后回答：
①正確連好電路閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，電壓表有較大示數(shù)，如果電路中只有一處故障，且導(dǎo)線及相關(guān)連接處均完好，則故障為

定值電阻R斷路

；
②實(shí)驗(yàn)中，若要保持電壓表示數(shù)為2.5V不變，當(dāng)定值電阻為10Ω時(shí)，應(yīng)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使其接入電阻為

8

Ω；
③為了順利完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，小華應(yīng)利用滑動(dòng)變阻器控制定值電阻R兩端的電壓至少保持

1.5

V不變．

Answer 1

分析：（1）通過導(dǎo)體的電流與兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻有關(guān)，要探究電流與電壓的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制電阻的阻值不變，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要與電阻串聯(lián)的電流表測(cè)出通過的電流，電壓表并聯(lián)測(cè)出電阻的阻值，然后與電源、開關(guān)以及滑動(dòng)變阻器組成電路；
（2）根據(jù)歐姆定律求出電路中的最大電流確定電流表的量程，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，滑片向右移時(shí)電壓表示數(shù)變小說明接入電路的電阻變大即左下方接線柱必須接入電路中；
（3）探究電流與電阻之間的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變，可以通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器達(dá)到這一目的；
（4）①電壓表有示數(shù)說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，電流表無示數(shù)說明電路斷路即電壓表并聯(lián)的部分?jǐn)嗦罚?br />②根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和歐姆定律表示出電路中的電流得出等式即可求出滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻；
③當(dāng)阻值為25Ω的定值電阻與整個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)時(shí)電壓表的示數(shù)最小，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出電壓表保持的最小電壓．

解答：解：（1）電流表與電阻串聯(lián)，測(cè)量電流，電壓表與電阻并聯(lián)，測(cè)量電阻兩端的電壓，滑動(dòng)變阻器串聯(lián)可以進(jìn)行多次測(cè)量，然后與開關(guān)、電源組成電路，如下圖所示：

（2）當(dāng)10Ω的定值電阻串聯(lián)在電路中且滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻為0時(shí)，電路中的電流最大，根據(jù)歐姆定律可得I=

U

R

=

4.5V

10Ω

=0.45A，所以電流表的量程為0～0.6A；電流表0.6的接線柱與滑動(dòng)變阻器的左下方接線柱相連，定值電阻的右接線柱與電壓表的負(fù)接線柱相連，如下圖所示：

（3）在保持電阻不變時(shí)，電流跟電壓成正比，故I-U圖象應(yīng)該是直線，故乙圖正確；
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)用到了滑動(dòng)變阻器，閉合開關(guān)時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路電阻最大，電路中電流最小，起到保護(hù)電路的作用，實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過調(diào)節(jié)變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)保持不變，因此滑動(dòng)變阻器的作用有：控制定值電阻R兩端的電壓不變和保護(hù)電路的作用；
（4）①電路閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，電壓表有較大示數(shù)，且導(dǎo)線及相關(guān)連接處均完好說明電壓表并聯(lián)的部分?jǐn)嗦芳炊ㄖ惦娮鑂斷路；
②∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
∴此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_R=4.5V-2.5V=2V，
∵串聯(lián)電路中各處的電流相等，
∴根據(jù)歐姆定律可得：

UR

R

=

U滑

R滑

，即

2.5V

10Ω

=

2V

R滑

，
解得：R_滑=8Ω；
③當(dāng)阻值為25Ω的定值電阻與整個(gè)滑動(dòng)變阻器串聯(lián)時(shí)，
電路中的電流為I=

U

R+R滑

=

4.5V

25Ω+50Ω

=0.06A，
定值電阻兩端電壓為U=IR=0.06A×25Ω=1.5V．也就是說，為保證在滑動(dòng)變阻器變阻范圍內(nèi)完成本實(shí)驗(yàn)，定值電阻兩端電壓不能低于1.5V．
故答案為：
（1）電路圖如上圖所示；
（2）實(shí)物電路圖如上圖所示；
（3）控制定值電阻R兩端的電壓不變；
（4）①定值電阻R斷路；②8；③1.5．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了電路圖的設(shè)計(jì)和連接實(shí)物電路圖、滑動(dòng)變阻器的作用、電路故障的判斷、串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用等問題；滑動(dòng)變阻器在電路中有兩種連接方式：分壓接法與限流接法，要掌握這兩種方法的連接方法；滑動(dòng)變阻器在電路中的作用有：保護(hù)電路，改變電路的總電阻，從而改變電路電流．