Question

17．小明用如圖所示的電路探究“電流與電阻的關系”，器材如下：電壓為3V的電源，標有“20Ω 2A”字樣的滑動變阻器，阻值為5Ω、10Ω、20Ω的定值電阻各一個，電流表、電壓表、開關和導線．
（1）小明把5Ω的電阻接入電路，變阻器的滑片P移到阻值最大處，閉合開關S，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)而電壓表無示數(shù)，則電路的故障可能是電壓表斷路（寫出一種）．
（2）排除故障后，斷開開關S，小明用10Ω的電阻替換5Ω的電阻，馬上閉合開關S，為了保持電壓表的示數(shù)不變，應將滑片P從原位置向B端（選填“A”或“B”）移動．但老師指出此操作有缺漏，你認為應補充的操作是：閉合開關前先將滑片P移至阻值最大處．
（3）實驗數(shù)據(jù)如表所示，可得出結論：當電壓一定時，通過導體中的電流與電阻成反比．

實驗次數(shù)	定值電阻/Ω	電流表示數(shù)/A
1	5	0.4
2	10	0.2
3	20	0.1

（4）此實驗中滑動變阻器起到了保護電路元件安全和控制R兩端的電壓不變的作用．
（5）當小明改用50Ω的電阻繼續(xù)實驗時，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑動變阻器滑片，都無法使電壓表示數(shù)達到實驗要求的值，你認為“電壓表的示數(shù)無法達到實驗要求的值”的原因肯能是C
A．滑動變阻器的阻值太大     B．電壓表量程選小了
C．滑動變阻器的阻值太小    D．滑動變阻器燒壞了．

Answer 1

分析 （1）常見電路故障有斷路與短路，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因．
（2）根據(jù)串聯(lián)電路分壓的規(guī)律可知用10Ω的電阻替換5Ω的電阻后電阻兩端電壓的變化情況，再根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律判斷滑動變阻器兩端電壓的變化，進一步確定滑片移動的方向．
（3）電壓一定，電流與電阻成反比；
（4）利用滑動變阻器來控制電阻兩端電壓不變．
（5）根據(jù)串分壓的知識，當電阻的阻值最大時，所需的滑動變阻器阻值最大，計算出此時滑動變阻器的阻值得出滑動變阻器的規(guī)格；根據(jù)另一滑動變阻器的最大阻值求出電阻的阻值，便可得出結論．

解答 解：（1）閉合開關S，電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表無示數(shù)，說明電壓表斷路或與電壓表并聯(lián)的R短路；
（2）用10Ω的電阻替換5Ω的電阻后，由于串聯(lián)電路起分壓作用，因此定值電阻兩端電壓變大，即電壓表的示數(shù)變大，要保持電壓表示數(shù)不變，需增大滑動變阻器兩端電壓，由串聯(lián)電路分壓規(guī)律可知，需增大滑動變阻器接入電路的阻值，故將滑片向B端移動；用10Ω的電阻替換5Ω的電阻后，電壓表示數(shù)變大，因此電壓表可能被燒壞，更換電阻后，應先將滑動變阻器的滑片P處于最大阻值處，再閉合開關，移動滑片P使電壓表的示數(shù)為原來電壓值；
（3）由表格中數(shù)據(jù)知，電流與電阻的乘積為定值U=IR=0.4A×5Ω=0.2A×10Ω=0.1A×20Ω=2V，可得：當電壓一定時，通過導體中的電流與電阻成反比；
（4）該實驗中滑動變阻器的作用除了保護電路外，其主要作用是控制電阻兩端的電壓保持2V不變．
（5）改用50Ω的電阻時，則滑動變阻器兩端的電壓為：
U_滑=3V-2V=1V，
$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{U}{R}$，即$\frac{1V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{50Ω}$
所以R_滑=25Ω
分析知，可能是小明選用的滑動變阻器最大阻值太小，故選C．
故答案為：（1）電壓表斷路；（2）B；閉合開關前先將滑片P移至阻值最大處；（3）反；（4）控制R兩端的電壓不變；（5）C．

點評 本題是探究電流與電阻關系的實驗，考查了控制變量法的應用，電流與電阻的關系及歐姆定律在串聯(lián)電路中的應用．