Question

13．探究“電流與電阻關(guān)系”的實驗中，提供的器材有：電源（電壓9V）、電流表、電壓表、滑動變阻器R、電阻箱R₀、開關(guān)及導(dǎo)線若干．

（1）小明連接的圖甲電路中存在連線錯誤，只需改動一根導(dǎo)線，即可使連線正確，請在接錯的導(dǎo)線上打“×”，并用筆畫線代替導(dǎo)線畫出正確的接法；
（2）正確連接電路后閉合開關(guān)，在移動變阻器滑片P時，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)，但電壓表指針不偏轉(zhuǎn)，請你幫他分析原因電壓表（或電阻箱R₀）短路；
（3）排除故障后實驗時，改變R₀的阻值，測出對應(yīng)的電流I．當(dāng)R₀的阻值變大時，為完成探究應(yīng)將滑片P向A（選填“A”或“B”）端移動，此過程中R₀、R消耗的電功率之比變小（填“變大”、“變小”或“不變”）．
（4）將R₀阻值換為50Ω，正確操作后記錄電流表示數(shù)如圖乙，并在圖丙坐標中補描該點；連線時發(fā)現(xiàn)有一個錯誤數(shù)據(jù)點，小明反思：是某次將R₀的阻值由40Ω變換為錯誤數(shù)據(jù)點對應(yīng)阻值時，未調(diào)節(jié)滑片P就讀取電流而造成的．
（5）小剛選用了5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻，若定值電阻兩端的電壓保持3V不變，滑動變阻器的規(guī)格為“20Ω  1A”，則他所用的電源電壓應(yīng)該在3V-5.4V范圍之間選擇．

Answer 1

分析 （1）探究“電流與電阻關(guān)系，電壓表應(yīng)與電阻箱并聯(lián)，電流表串聯(lián)在電路中；
（2）正確連接電路后閉合開關(guān)，在移動變阻器滑片P時，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)，說明電路為通路，根據(jù)電壓表指針不偏轉(zhuǎn)，說明故障原因；
（3）研究電流與電阻的關(guān)系時，要控制電壓不變，當(dāng)R₀的阻值變大時，根據(jù)分壓原理，確定電壓表示數(shù)變化，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定變阻器變阻器滑片移動的方向；
根據(jù)P=I²R，由R₀不變，R變大分析R₀、R消耗的電功率之比變化；
（4）根據(jù)圖象找出錯誤數(shù)據(jù)點和與其相鄰的數(shù)據(jù)點，分別算出它們對應(yīng)的電阻值，結(jié)合歐姆定律判斷即可；
（5）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定當(dāng)最大定值電阻連入電路時，變阻器的最大電阻連入電路，先由歐姆定律求出此時的電流，再求出變阻器的最大電壓，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出最大電源電壓，電源電壓最小為3V．

解答 解：（1）原電路中，電壓表串聯(lián)在電路中，電流表與電阻箱并聯(lián)是錯誤的，改正后如下所示：

（2）正確連接電路后閉合開關(guān)，在移動變阻器滑片P時，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)，說明電路為通路，但電壓表指針不偏轉(zhuǎn)，說明電壓表（或電阻箱R₀）短路；
（3）研究電流與電阻的關(guān)系時，要控制電壓不變，當(dāng)R₀的阻值變大時，根據(jù)分壓原理，電壓表示數(shù)變大，要減小電壓表示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，要增大變阻器的電壓，由分壓原理，就要增大變阻器連入電路中的電阻大小，即向A端移動；
根據(jù)P=I²R，電流相等，R₀不變，R變大，此過程中R₀、R消耗的電功率之比變��；
（4）由圖象可知，錯誤的坐標點是（0.04，0.20），
則 $\frac{1}{{R}_{0}}$=0.04Ω^-1，解得：R₀=25Ω，此時電路中的電流I=0.20A，
由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$得，電阻箱R₀兩端的電壓U₀=IR₀=0.20A×25Ω=5V，
則滑動變阻器兩端的電壓U″_滑=U-U₀=9V-5V=4V，
此時滑動變阻器接入電路中的阻值：
R′_滑=$\frac{{U′}_{滑}}{I′}$=$\frac{4V}{0.20A}$=20Ω，
由圖象可知，變換錯誤數(shù)據(jù)點之前，電壓表示數(shù)大約保持6V不變，
此時滑動變阻器兩端的電壓U_滑′=U-U_V=9V-6V=3V，
因為串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以 $\frac{{U}_{V}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U″}_{滑}}{{R′}_{滑}}$，即 $\frac{6V}{{R}_{0}}=\frac{3V}{20Ω}$，
解得：R₀=40Ω，故小明是將R₀的阻值由40Ω變換為錯誤數(shù)據(jù)點對應(yīng)阻值時，未調(diào)節(jié)滑片P就讀取電流而造成的；
（5）電源為電壓不變，若定值電阻兩端的電壓保持不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，滑動變阻器分得的電壓：因電壓表控制在3V不變，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，U_滑=U-U_表=U-3V=定值，即電壓表示數(shù)與變阻器分得的電壓之比為定值，故當(dāng)定值電阻最小或最大時，變阻器連入電路中的電阻應(yīng)最小或最大，當(dāng)25Ω的定值電阻接入電路時，對應(yīng)變阻器的最大電阻為20Ω，此時滑動變阻器兩端的電壓最大，電源電壓即為最大值；
由歐姆定律，此時通過定值電阻的電流：
I=$\frac{{U}_{表}}{{R}_{大}}$=$\frac{3V}{25Ω}$=0.12A，變阻器的電壓：
U_滑=IR_滑大=0.12A×20Ω=2.4V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，電源電壓最大值為：
U=U_滑+U_表=2.4V+3V=5.4V，
最小電源電壓為3V，故則則他所用的電源電壓應(yīng)該在3V-5.4V 范圍之間選擇．
故答案為：（1）如上所示；（2）電壓表（或電阻箱R₀）短路；（3）A；變小；（4）40；（5）3V-5.4V．

點評 本題探究“電流與電阻關(guān)系”，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、數(shù)據(jù)分析及對器材的要求和串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律和電功率公式的靈活運用，難度較大．