Question

5．為探究導(dǎo)體中的電流與電阻的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：電壓為6V的電源、電流表、電壓表、五個(gè)定值電阻（阻值分別為8歐、12歐、18歐、24歐、30歐）、滑動(dòng)變阻器（30歐  1A）、開關(guān)和若干導(dǎo)線．
（1）小華選用8歐的定值電阻，根據(jù)圖甲連接成電路，并將滑動(dòng)變阻器的滑片移至最左端，閉合開關(guān)后，卻發(fā)現(xiàn)電壓表的指針偏轉(zhuǎn)超過其量程，電流表示數(shù)不為零，他馬上進(jìn)行如下操作，你認(rèn)為最合理的是D（填序號(hào)）；
A、立即將滑動(dòng)變阻器的滑片移至最右端
B、斷開開關(guān)，檢查定值電阻是否發(fā)生斷路
C、斷開開關(guān)，將電壓表接入電路的量程改為15V
D、斷開開關(guān)，檢查滑動(dòng)變阻器是否發(fā)生短路
（2）排除故障后，小華調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表的示數(shù)如圖乙所示，并記下此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流；將定值電阻阻值換為12歐時(shí)，則應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器的滑片向左（“左”、“右”）移動(dòng)，使電壓表保持圖乙的值不變，才能完成第二組數(shù)據(jù)的測(cè)量；

（3）測(cè)量第三組數(shù)據(jù)時(shí)，小華換用阻值為30歐的定值電阻，無論怎樣移動(dòng)滑片，都無法完成實(shí)驗(yàn)，因?yàn)殡妷罕硎緮?shù)總比圖乙的示數(shù)大（選填“大”或“小”）；通過計(jì)算分析，小華認(rèn)為若用現(xiàn)有的方案和器材完成實(shí)驗(yàn)，更換的定值電阻阻值不得大于20歐．

Answer 1

分析 （1）電流表示數(shù)不為零，說明電路中無斷路現(xiàn)象，電壓表的指針偏轉(zhuǎn)超過其量程，說明電阻兩端的電壓太大，根據(jù)各項(xiàng)進(jìn)行分析；
（2）確定電壓表的量程和分度值，讀出電壓表的示數(shù)，根據(jù)串分壓的知識(shí)判斷電阻增大后，電壓表的示數(shù)變化，從而判斷出滑動(dòng)變阻器阻值的變化；
（3）計(jì)算當(dāng)電阻為30Ω時(shí)，計(jì)算出滑動(dòng)變阻器的最大阻值的最小值，便可得出結(jié)論．

解答 解：（1）將滑動(dòng)變阻器的觸頭移至最左端，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值最大，閉合開關(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)不為零，則電路中未發(fā)生斷路；若滑動(dòng)變阻器短路，則電壓表測(cè)電源電壓為6V，而圖甲中電壓表量程為0～3V，故電壓表的指針偏轉(zhuǎn)超過其量程；故選D．
（2）由圖乙知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.4V；探究電流與電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)保持定值電阻的電壓保持不變；當(dāng)將8Ω的電阻換為12Ω時(shí)，若滑片的位置不動(dòng)，根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知，定值電阻的電壓將變大；為使定值電阻的電壓減小為原來的電壓值，則應(yīng)增大變阻器兩端的電壓，應(yīng)增大變阻器接入電路的阻值，由圖可知，應(yīng)將滑片向左移動(dòng)．
（3）由題意知，當(dāng)換用30Ω的電阻時(shí)，要保持電阻兩端的電壓2.4V不變，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓應(yīng)為U_滑=6V-2.4V=3.6V，
則電路中的電流為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.4V}{30Ω}$=0.08A，
滑動(dòng)變阻器的阻值為：R_滑=$\frac{6V-2.4V}{0.08A}$=45Ω，
而滑動(dòng)變阻器的最大阻值為30Ω，由于滑動(dòng)變阻器的最大阻值太小，把滑動(dòng)變阻器阻值全部接入電路時(shí)，滑動(dòng)變阻器分得的電壓還是較小，定值電阻兩端的電壓，即電壓表的示數(shù)大于2.4V，無法使電壓表的示數(shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的值；
當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值最大為30Ω時(shí)，電路中的電路I′=$\frac{6V-2.4V}{30Ω}$=0.12A
此時(shí)電阻的阻值為R′=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{2.4V}{0.12A}$=20Ω，可得電阻的阻值不能超過20Ω，
故答案為：（1）D；（2）左；（3）大；20．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究電流與電阻的關(guān)系，考查了控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用及電路故障的分析，實(shí)驗(yàn)中涉及到了有關(guān)串分壓的知識(shí)及歐姆定律的應(yīng)用．