Question

12．某班同學(xué)在研究“電流跟電阻的關(guān)系”時，設(shè)計的電路如圖所示．選用器材有：電源（電壓恒為6V）、電流表（量程選用0～0.6A）、電壓表（量程選用0-3V）、滑動變阻器R₂（20Ω2A），開關(guān)各一只，導(dǎo)線若干，電阻（阻值為5Ω、8Ω、10Ω、12Ω、24Ω各一只）．

（1）請根據(jù)實驗電路圖，將實物圖連接完整．
（2）在探究電流跟電阻的關(guān)系時，測量一組電流、電阻值后，改變R₁阻值，閉合開關(guān)，在讀出并記錄第二組電流、電阻值前，應(yīng)先進(jìn)行的操作是調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表的示數(shù)不變．
（3）為了實驗器材的安全和實驗順利進(jìn)行，改變R₁阻值時，在5Ω、8Ω、10Ω、12Ω、24Ω的供選電阻中，不能選用的電阻是24Ω，原因是調(diào)節(jié)滑動變阻器無法使24Ω電阻兩端的電壓不大于3V．
（4）實驗時要讓電阻R₁兩端的電壓為2.5V，電阻R₁選用10Ω的阻值時，滑動變阻器R₂的阻值應(yīng)為14Ω．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電壓表與電阻并聯(lián)，電流表與電阻串聯(lián)，滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（2）在研究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)該控制電阻兩端的電壓不變，是通過移動滑動變阻器的滑片實現(xiàn)的；
（3）當(dāng)電壓表示數(shù)最大且R₁的阻值最小時電路中的電流最大，根據(jù)歐姆定律求出電路中的最大電流然后確定定值電阻是否可行；根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點和歐姆定律得出等式即可得出R₁阻值的表達(dá)式，然后根據(jù)電壓表的量程和滑動變阻器的最大阻值確定電路中可以使用的最大定值電阻，然后得出答案；
（4）根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的阻值．

解答 解：（1）電壓表與電阻并聯(lián)，電流表與電阻串聯(lián)，滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，如下圖所示：

（2）要探究電流與電壓的關(guān)系，必須通過移動滑動變阻器的滑片，來控制電阻兩端的電壓不變；
所以改變R₁阻值，閉合開關(guān)，在讀出并記錄第二組電流、電阻值前，應(yīng)先調(diào)節(jié)滑動變阻器使電阻R₁兩端的電壓不變，即電壓表的示數(shù)不變．
（3）當(dāng)電壓表示數(shù)最大U₁=3V且R₁=5Ω時，電路中的電流最大，
則I_大=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，
所以，供選的電阻均可行；
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，電路中的電流：
I′=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{R}_{2}}$，
則R₁=$\frac{{U}_{1}}{U-{U}_{1}}$R₂=$\frac{1}{\frac{U}{{U}_{1}}-1}$R₂，
當(dāng)U₁最大為3V、R₂最大為20Ω時，R₁的阻值：
則R_1大=$\frac{1}{\frac{U}{{U}_{1}}-1}$R₂=$\frac{1}{\frac{6V}{3V}-1}$×20Ω=20Ω＜24Ω，
所以，24Ω的電阻不符合題意；
（4）當(dāng)U₁=2.5V，R₁=10Ω時，電路中的電流：
I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
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：
U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V，
則滑動變阻器R₂的阻值：
R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
故答案為：
（1）如上圖所示；
（2）調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表的示數(shù)不變；
（3）24；調(diào)節(jié)滑動變阻器無法使24Ω電阻兩端的電壓不大于3V；
（4）14．

點評 本題考查了實物圖的連接、串聯(lián)電路的特點、歐姆定律的計算等，關(guān)鍵是明白研究“電流跟電阻的關(guān)系”實驗的原理，難點是根據(jù)電表的量程判斷R₁不可能的阻值．