Question

15．小芳用如圖甲所示的實驗器材探究“電流與電阻的關系”．電源電壓恒為3V，滑動變阻器上標有“20Ω 2A”字樣，阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值電阻各一個．

（1）請你用筆畫線代替導線，把圖甲所示的實驗電路補充完整．
（2）小芳5Ω定值電阻接入電路后，閉合開關，發現電流表無示數而電壓表有示數，則電路中的故障可能是電阻R斷路；排除故障后，閉合開關，調節滑動變阻器的滑片P，使電流表的示數如圖乙所示，請將此時電流表的示數填入表中．
（3）將5Ω定值電阻換成10Ω定值電阻，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片P，眼睛觀察電壓表，直到其示數為1.8V時，停止移動滑片，記錄此時各表的示數．
（4）將10Ω定值電阻換成20Ω定值電阻，重復步驟（3）．
（5）實驗記錄的多組數據如表所示．分析數據可得出結論：當電壓一定時，通過導體中的電流與電阻成反比．

實驗次數	定值電阻Ω）	電流表示數（A）
1	5	_
2	10	0.18
3	20	0.09

（6）實驗結束后，小芳問老師在此實驗中能否換用50Ω的定值電阻進行實驗？老師指導小芳分析了不能更換的原因．你認為其原因是滑動變阻器最大阻值太小，無法保持電壓表示數為1.8V．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器應使用一上一下的接入原則
（2）根據電流表和電壓表有示數進行分析具體原因；
（3）根據串聯電路的分壓特點，換接電阻后，應保持電壓表的示數不變，根據串分壓的知識判斷滑片的移動方向；
（5）電流與電阻的關系：電壓一定，電流與電阻成反比；
（6）根據分壓原理，求出若換用50Ω的定值電阻進行實驗時定值電阻的電壓判斷．

解答 解：
（1）如下圖所示：

（2）電流表無示數，說明電路為斷路，而電壓表有示數，則可以判斷定值電阻R斷路；
（3）將5Ω電阻換成10Ω后，電壓表的示數會變大，所以應該增大滑動變阻器的阻值，即應將滑動變阻器的滑片P向A移動，使電壓表仍為原來的示數不變，仍為1.8V；
（5）縱向分析表中數據，可知，當電壓一定時，電阻為原來的幾倍，電流為原來的幾分之一，即當電壓一定時，通過導體中的電流與電阻成反比；
（6）當定值電阻為50Ω時，即使滑動變阻器最大阻值為20Ω連入電路，根據分壓原理，此時定值電阻兩端的電壓最小，電路中的電流為I=$\frac{U}{R+{R}_{滑}}=\frac{3V}{50Ω+20Ω}=\frac{3}{70}A$，定值電阻兩端的電壓U=IR=$\frac{3}{70}A×50Ω≈2.14V＞1.8V$，無法保持定值電阻兩端電壓始終為1.8V．
故答案為：
（1）見上圖；
（2）電阻R斷路；
（3）電壓；1.8；
（5）反；
（6）滑動變阻器最大阻值太小，無法保持電壓表示數為1.8V．

點評 此題是探究電流和電阻的關系實驗，考查了實物圖的連接、常見故障的分析、控制變量法的應用、實驗的操作過程、及數據的處理能力，涉及到了串聯電路中電流、電壓的關系及歐姆定律的靈活應用．