Question

20．在研究“導(dǎo)體電流與電阻關(guān)系”的實驗中，同學(xué)們利用了阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω的定值電阻和變阻器進行了探究，變阻器規(guī)格是“10Ω 1A”，電源電壓4.5V并保持不變．
（1）用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中電路連接完整（請用簽字筆在答題卡上連線）．
（2）閉合開關(guān)前，電流表指針如圖乙所示，對電流表的操作應(yīng)該是調(diào)零．

（3）正確連線后，閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)，無論怎樣移動滑片電流表指針幾乎不動，電壓表指針向右偏轉(zhuǎn)且超過滿刻度，原因可能是電阻R斷路．
（4）先接入15Ω的電阻，調(diào)節(jié)滑片時電壓表示數(shù)為3V，觀察到電流表示數(shù)如圖丙所示，則電流表示數(shù)為0.2A；用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，應(yīng)將滑片向左端（選填“左”或“右”）移動，才能使電壓表示數(shù)保持3V，并記錄下電流表示數(shù)為0.3A；用5Ω電阻代替10Ω電阻接入電路，正確操作，電流表示數(shù)為0.6A．
（5）分析三次的實驗數(shù)據(jù)，可得出電流與電阻的關(guān)系是電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻成反比．
（6）王強同學(xué)繼續(xù)探究：他用了30Ω的定值電阻代替原來的電阻實驗，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片都不能滿足電壓表示數(shù)為3V，原因是滑動變阻器電阻太�。灰�使電壓表示數(shù)保持3V，要求變阻器的最大阻值最少為15Ω．

Answer 1

分析 （1）實驗中電壓表應(yīng)測定值電阻兩端電壓，由此連圖；
（2）由圖乙，電流表指針沒有指在零刻度線上，使用電流表前應(yīng)對電流表進行機械調(diào)零，使指針指在零刻度線上；
（3）閉合開關(guān)電流表無示數(shù)可能是電路斷路；電壓表示數(shù)超過量程，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外部分，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：定值電阻斷路；
（4）根據(jù)電流表量程和分度值讀出丙圖中其示數(shù)；研究導(dǎo)體電流與電阻關(guān)系中要保持R兩端電壓不變，由此分析10Ω電阻代替15Ω電阻后滑片的移動方向；
（5）根據(jù)三次實驗中電流與對應(yīng)電阻關(guān)系分析得出結(jié)論；
（6）根據(jù)串分壓的知識，若電阻增大，分得的電壓將變大，要減小電阻兩端的電壓，需增大滑動變阻器的阻值；
根據(jù)串聯(lián)電路的電壓、電流規(guī)律結(jié)合歐姆定律計算出電阻．

解答 解：
（1）研究“導(dǎo)體電流與電阻關(guān)系”的實驗中，電壓表應(yīng)測量定值電阻兩端的電壓，由此完整電路的連接，如圖所示：

（2）電流表指針沒有指在零刻度線上，應(yīng)先對電流表調(diào)零；
（3）電路正確連接后，閉合開關(guān)，移動滑片P，電流表無示數(shù)，但電壓表示數(shù)有示數(shù)且很大，則故障原因可能是定值電阻斷路了；
（4）由圖丙，電流表的量程為0-0.6A，分度值0.02A，示數(shù)為0.2A；此時R兩端電壓為3V，因為導(dǎo)體電流與電阻關(guān)系中要保持R兩端電壓不變，當用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，總電阻減小，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流變大，滑動變阻器分得的電壓變大，電阻分得的電壓減小，所以應(yīng)調(diào)節(jié)滑片向左移動，減小滑動變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數(shù)保持不變；
（5）三次實驗電阻分別為15Ω、10Ω、5Ω，三次通過的電流分別是0.2A、0.3A、0.6A．每次的電流與電阻和乘積相等，由此可得：電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻成反比；
（6）由題意知，滑動變阻器兩端的電壓應(yīng)為U_滑=4.5V-3V=1.5V
據(jù)串聯(lián)電路的電流相等，所以使用30Ω的定值電阻時，
則：$\frac{3V}{30Ω}$=$\frac{1.5V}{{R}_{變}}$，解得R_變=15Ω，即變阻器最大值最小為15Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）調(diào)零；（3）電阻R斷路；（4）0.2；左；（5）電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻成反比；（6）滑動變阻器電阻太小；15．

點評 本題考查了電路連接，電流表讀數(shù)、滑動變阻器的正確使用和歐姆定律的應(yīng)用，控制變量法在本實驗中的具體應(yīng)用和滑動變阻器的調(diào)節(jié)是本題的關(guān)鍵．