Question

1．在探究“電流與電阻的關系”實驗中，

（1）小芳同學連接電路后，閉合開關發現電流表如圖2所示，請問可能是電流表的正負接線柱接反了．將電路修改正確后，移動滑動變阻器滑片，發現電流表有示數，電壓表無示數，其原因可能是定值電阻短路．
（2）閉合開關，移動滑動變阻器滑片P，使定值電阻R兩端電壓為2V，電流表示數如圖3所示，為0.4A，則R的阻值為5Ω．
（3）換上10Ω的電阻后，閉合開關，電壓表示數將變大（選填變大/變小），此時應將滑片P向右（選填 左/右）端移動，使電阻兩端電壓為2V．
（4）為了尋找實驗的普遍規律，本實驗還提供了20Ω、25Ω兩個電阻，電源電壓為3V，滑動變阻器的最大阻值
10Ω，請問25Ω電阻不能選．

Answer 1

分析 （1）電流表正確的連接方式是電流從“+”接線柱流入從“-”接線柱流出，否則電流表指針將反向偏轉；
（2）電流表有示數，說明電路為通路（無斷路故障），電壓表無示數，說明定值電阻兩端無電壓，其原因是定值電阻短路；
（3）要探究電流和電阻之間關系，必須保持電阻兩端的電壓不變；根據串聯電路電壓的規律判斷滑片移動的方向；
（4）根據串聯分壓的規律有：$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，由于變阻器的電壓與定值定值的電壓的比值不變，所以，當滑動變阻器接入的阻值最大為10Ω時，定值電阻的阻值也最大；根據題中條件結合串聯分壓的規律進行計算和判斷．

解答 解：（1）連接電路后，閉合開關發現電流表如圖2所示，此時電流表指針反向偏轉，說明電流表的正負接線柱接反了，即電流從“-”接線柱流入，從“+”接線柱流出了；
將電路修改正確后，移動滑動變阻器滑片，發現電流表有示數，說明電路為通路（無斷路故障），電壓表無示數，說明定值電阻兩端無電壓，其原因是定值電阻短路；
（2）圖3中電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.4A；
此時電壓表示數為2V，由歐姆定律可得，定值電阻的阻值：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.4A}$=5Ω；
（3）將5Ω的電阻換為10Ω的電阻，根據串聯分壓的規律可知，定值電阻兩端電壓增大（即電壓表示數增大），大于原來的電壓，為保持定值電阻兩端電壓不變（應使定值電阻兩端電壓減小到原來的2V），應增大滑動變阻器的電壓，應增大滑動變阻器接入電路的阻值，由電路圖可知，應將滑片P向右端移動，使電阻兩端電壓為2V．
（4）由題可知，電源電壓為3V，定值電阻兩端電壓控制為2V，滑動變阻器的最大阻值10Ω；
則滑動變阻器兩端的電壓恒為：U_滑=U-U_R=3V-2V=1V，
根據串聯分壓的規律有：$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，由于變阻器的電壓與定值定值的電壓的比值不變，所以，定值電阻的阻值越大，所需滑動變阻器的阻值越大；當滑動變阻器接入的阻值最大為10Ω時，定值電阻的阻值也最大；
根據串聯分壓的規律$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$可得，$\frac{1V}{2V}$=$\frac{10Ω}{R}$；
解得R=20Ω，所以，應選用20Ω的電阻，不能選25Ω的電阻．
故答案為：
（1）電流表的正負接線柱接反了；定值電阻短路；（2）0.4；5；（3）變大；右；2；（4）25．

點評 本題是探究“電流與電阻的關系”實驗，關鍵是對串聯電路分壓特點的理解，在實驗中，要保持電阻兩端的電壓不變，根據$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$可知：定值電阻的阻值越大，所需的滑動變阻器的阻值也越大．