Question

5．小彬用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材探究“電流與電阻的關(guān)系”．電源電壓恒為3V，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“40Ω 2A”字樣，阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω、30Ω的定值電阻各一個(gè)．

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路補(bǔ)充完整．
（2）小彬把5Ω的定值電阻接入電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)而電流表無示數(shù)，則電路中的故障可能是R斷路（寫出一種）；排除故障后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)電路中的電流為0.2 A．
（3）將5Ω定值電阻換成10Ω定值電阻，閉合開關(guān)，為了保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A（選填“A”或“B”）移動(dòng)，記錄此時(shí)各儀表的示數(shù)．
（4）將10Ω定值電阻換成20Ω定值電阻，重復(fù)步驟（3）．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	定值電阻Ω）	電流表示數(shù)（A）
1	5
2	10	0.1
3	20	0.05

實(shí)驗(yàn)記錄的多組數(shù)據(jù)如上表所示．分析數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．
（5）該小組用30Ω的電阻替換20Ω的電阻進(jìn)行了第4次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行下去，為完成第4次實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們提出了下列解決方案，其中正確的是D．
A．將電壓表?yè)Q接另一個(gè)量程
B．換成電壓為4.5V的電源
C．換成“50Ω 2A”的滑動(dòng)變阻器
D．可將上述實(shí)驗(yàn)中定值電阻兩端的電壓調(diào)為1.5V．

Answer 1

分析 （1）電壓表與電阻并聯(lián)，電流表、滑動(dòng)變阻器與電阻串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器要根據(jù)“一上一下”的原則連入；
（2）根據(jù)電流表和電壓表有示數(shù)進(jìn)行分析具體原因；根據(jù)電流表的量程和分度值讀出電流值；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)，換接電阻后，應(yīng)保持電壓表的示數(shù)不變，根據(jù)串分壓的知識(shí)判斷滑片的移動(dòng)方向；
（4）電流與電阻的關(guān)系：電壓一定，電流與電阻成反比；
（5）根據(jù)滑動(dòng)變阻器分壓和串聯(lián)電路電流相等特點(diǎn)分析解答．

解答 解：（1）電壓表與電阻并聯(lián)，由于電源電壓為3V，所以應(yīng)選擇0～3V的量程；滑動(dòng)變阻器已接了下面一個(gè)接線柱，可再接上面任意一個(gè)接線柱，如圖所示：

（2）電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)部分發(fā)生斷路，即定值電阻R斷路；
由乙圖知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A；
（3）將5Ω電阻換成10Ω后，電壓表的示數(shù)會(huì)變大，所以應(yīng)該增大滑動(dòng)變阻器的阻值，即應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A移動(dòng)，使電壓表仍為原來的示數(shù)不變；
（4）電流和電阻的關(guān)系為：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體中的電流與電阻成反比；
（5）該小組用30Ω的電阻替換15Ω的電阻進(jìn)行了第4次實(shí)驗(yàn)，
當(dāng)R₄=30Ω時(shí)，由于前三次實(shí)驗(yàn)可知，為保持電阻兩點(diǎn)電壓為U_R=1V不變，
則滑動(dòng)變阻器兩端分的電壓為U′=U-U_R=3V-1V=2V，
此時(shí)電流為I_R=I′=$\frac{{U}_{R}}{{R}_{4}}$=$\frac{1V}{30Ω}$≈0.03A，
則由歐姆定律可知滑動(dòng)變阻器需要接入的阻值為：R′=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{2V}{0.03A}$≈66.7Ω＞20Ω，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值不能滿足要求，故應(yīng)換用以阻值大于66.7Ω的變阻器，或?qū)⑸鲜鰧?shí)驗(yàn)中定值電阻兩端的電壓調(diào)為1.5V可以完成實(shí)驗(yàn)，故選D．
故答案為：
（1）如圖所示；（2）R斷路；0.2；（3）電壓；A；（4）當(dāng)電壓一定時(shí)，電流和電阻成反比；（5）D．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究電流和電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，考查了控制變量法的應(yīng)用，同時(shí)考查了電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器的接法，考查了電流表的讀數(shù)及電阻的計(jì)算，涉及到了串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系及歐姆定律的靈活應(yīng)用．