Question

4．小敏用如圖甲所示的電路圖，研究通過導體的電流與導體電阻的關系，電源電壓恒為6V．改變電阻R的阻值，調節(jié)滑動變阻器滑片，保持R兩端的電壓不變，記下相應的4次實驗的電流和電阻值，描繪在乙圖中．

（1）在連接電路過程中，開關應處于斷開狀態(tài)．
（2）連好電路閉合開關，發(fā)現電壓表無示數，電流表有示數，則故障可能是；定值電阻發(fā)生短路；
（3）實驗過程中，移動變阻器滑片時，眼睛應注視B（選填序號）；
A．變阻器滑片 B．電壓表示數   C．電流表示數
（4）根據小敏的實驗數據，電壓表應選擇0～3V的量程；
（5）實驗中將5Ω電阻換成10Ω電阻后，應將滑動變阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）端移動，使用滑動變阻器的目的是保持定值電阻兩端的電壓不變
（6）實驗中，他所選擇的變阻器是C（選填序號）；
A．10Ω 0.5A      B．20Ω 1A      C．50Ω 2A
（7）同組成員小兵同學，選擇了“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω”的定值電阻，滑動變阻器的規(guī)格為“15Ω 1A”的，他在完成該實驗時，他控制定值電阻兩端的電壓為2V不變，當20Ω的電阻接入A．b間時，他發(fā)現電壓表示數 始終無法達到2V，請你幫他想出一種解決方法：可以換用最大阻值更大的滑動變阻器，增大滑動變阻器的最大分壓．

Answer 1

分析 （1）為防止發(fā)生短路，電路連接過程中，開關要處于斷開狀態(tài)．
（2）電流表有示數，說明整個電路是通路，電壓表無示數，說明燈泡的電阻相對于整個電路的電阻來說很小，所以燈泡能夠分得的電壓很小，其原因是滑動變阻器連入電路阻值過大所致．
（3）實驗研究的是電流與電阻的關系，因此必須控制電阻兩端的電壓值一定，所以眼睛應注視電壓表的示數，移動滑片保持電壓表示數不變；
（4）根據圖象坐標軸所表示的量，應用歐姆定律分析答題；根據電阻兩端電壓確定電壓表量程；
（5）如果將5Ω的電阻換成10Ω的電阻后，運用控制變量法可知，研究電流與電阻的關系，需控制電壓為定值；滑動變阻器是靠改變接入電路中電阻絲的長度來改變阻值大小的；
（6）根據圖乙可知實驗中的最小電流，根據串聯(lián)電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，根據歐姆定律求出滑動變阻器的阻值即可確定滑動變阻器的規(guī)格；
（7）由電路圖可知，定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，根據串聯(lián)電路的分壓原理分析電壓表示數始終無法達到2.5V的原因，并提出改進措施．

解答 解：（1）在連接電路過程中，開關應處于斷開狀態(tài)，以防止電路因連線錯誤而發(fā)生短路燒毀電源．
（2）根據電路圖可知，定值電阻和滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測量定值電阻兩端電壓，電流表測量電路電流．
如果定值電阻發(fā)生了斷路，則電路為斷路，電流表示數為零，電壓表測量電源電壓，有示數；
如果定值電阻發(fā)生短路，電流表有示數，電壓表示數為零，無示數；
（3）探究電壓一定時，電流與電阻的關系時，在不斷的改變定值電阻的同時，必須不斷的移動滑動變阻器，使得電壓表的示數是一個定值，故在移動滑片的同時，眼睛觀察電壓表的示數；
（4）由圖乙所示圖象可知，由I=$\frac{U}{R}$，可得，當R=20Ω時，U=IR=0．A×20Ω=2V，電壓表應該選擇0～3V量程．
（5）探究電流和電阻的關系，應保持電阻兩端的電壓不變，將5Ω電阻換成10Ω電阻后，電壓表的示數會變大，則應增大變阻器的阻值，將滑片向右端移動，運用控制變量法可知，使用滑動變阻器的目的是為保持定值電阻兩端的電壓不變
（6）由圖乙可知，實驗中的最小電流I=0.1A，電壓表的示數U_R=2V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動變阻器接入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4V}{0.1A}$=40Ω，
所以，滑動變阻器的規(guī)格為C；
（7）定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，通過它們的電流相等，
當定值電阻為20Ω且電阻兩端電壓是2.5V時，
電路電流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2.5V}{20Ω}$=0.125A；
此時滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_R=6V-2.5V=3.5V，
此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.125A}$=28Ω＞15Ω，由于滑動變阻器的最大阻值太小，分壓太小，所以電壓表示數始終無法達到2.5V；
要完成該實驗：①適當降低電源電壓，在定值電阻電壓不變的情況下，可以減小滑動變阻器的分壓，使實驗順利完成；
②提高定值電阻兩端的電壓，如定值電阻兩端電壓設定為3V；
③可以換用最大阻值更大的滑動變阻器，增大滑動變阻器的最大分壓；
故答案為：（1）斷開；（2）定值電阻發(fā)生短路；（3）B；（4）0～3V；（5）右；保持定值電阻兩端的電壓不變；（6）C；（7）可以換用最大阻值更大的滑動變阻器，增大滑動變阻器的最大分壓．

點評 本題從實驗的操作、實物圖的連接、滑動變阻器的選擇、歐姆定律的應用、電路故障的判斷等方面較為綜合的考查了學生對實驗的了解情況，從中加強了學生綜合能力的培養(yǎng)，是一道很好的實驗題．