Question

小華利用如圖乙所示的器材設計電路來探究“電流與電阻的關系”，已知電源電壓為4.5V且保持不變，實驗用到的定值電阻R的阻值分別為25Ω、20Ω、15Ω、10Ω，滑動變阻器的規格為“50Ω，2A”．

（1）請在圖甲的方框中畫出該實驗的電路圖．
（2）根據電路圖，用筆畫線代替導線在圖乙所示的實物電路中補上二根導線，使電路連接完整 （要求滑片向右移時，電壓表示數變小，不得改動已有的接線．）；
（3）本實驗中使用滑動變阻器除了保護電路外，主要目的是：______．
（4）在本實驗操作中，還有一些問題請思考后回答：
①正確連好電路閉合開關，發現電流表無示數，電壓表有較大示數，如果電路中只有一處故障，且導線及相關連接處均完好，則故障為______；
②實驗中，若要保持電壓表示數為2.5V不變，當定值電阻為10Ω時，應移動滑動變阻器的滑片P，使其接入電阻為______Ω；
③為了順利完成整個實驗，小華應利用滑動變阻器控制定值電阻R兩端的電壓至少保持______V不變．

Answer 1

解：（1）電流表與電阻串聯，測量電流，電壓表與電阻并聯，測量電阻兩端的電壓，滑動變阻器串聯可以進行多次測量，然后與開關、電源組成電路，如下圖所示：

（2）當10Ω的定值電阻串聯在電路中且滑動變阻器接入電路中的電阻為0時，電路中的電流最大，根據歐姆定律可得I===0.45A，所以電流表的量程為0～0.6A，即定值電阻的右接線柱與電流表的0.6接線柱連接，滑動變阻器的左下方接線柱與定值電阻的右接線柱相連，如下圖所示：

（3）在保持電阻不變時，電流跟電壓成正比，故I-U圖象應該是直線，故乙圖正確；
（3）實驗時用到了滑動變阻器，閉合開關時，滑動變阻器連入電路電阻最大，電路中電流最小，起到保護電路的作用，實驗時，通過調節變阻器的阻值，使電壓表的示數保持不變，因此滑動變阻器的作用有：控制定值電阻R兩端的電壓不變和保護電路的作用；
（4）①電路閉合開關，發現電流表無示數，電壓表有較大示數，且導線及相關連接處均完好說明電壓表并聯的部分斷路即定值電阻R斷路；
②∵串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，
∴此時滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_R=4.5V-2.5V=2V，
∵串聯電路中各處的電流相等，
∴根據歐姆定律可得：=，即=，
解得：R_滑=8Ω；
③當阻值為25Ω的定值電阻與整個滑動變阻器串聯時，
電路中的電流為I===0.08A，
定值電阻兩端電壓為U=IR=0.08A×25Ω=2V．也就是說，為保證在滑動變阻器變阻范圍內完成本實驗，定值電阻兩端電壓不能低于2V．
故答案為：
（1）電路圖如上圖所示；
（2）實物電路圖如上圖所示；
（3）控制定值電阻R兩端的電壓不變；
（4）①定值電阻R斷路；②8；③2．
分析：（1）通過導體的電流與兩端的電壓和導體的電阻有關，要探究電流與電壓的關系時應控制電阻的阻值不變，實驗時需要與電阻串聯的電流表測出通過的電流，電壓表并聯測出電阻的阻值，然后與電源、開關以及滑動變阻器組成電路；
（2）根據歐姆定律求出電路中的最大電流確定電流表的量程，滑動變阻器按一上一下的原則串聯在電路中，滑片向右移時電壓表示數變小說明接入電路的電阻變大即左下方接線柱必須接入電路中；
（3）探究電流與電阻之間的關系時，應控制電阻兩端的電壓不變，可以通過調節滑動變阻器達到這一目的；
（4）①電壓表有示數說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，電流表無示數說明電路斷路即電壓表并聯的部分斷路；
②根據串聯電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，根據串聯電路的電壓特點和歐姆定律表示出電路中的電流得出等式即可求出滑動變阻器接入電路中的電阻；
③當阻值為25Ω的定值電阻與整個滑動變阻器串聯時電壓表的示數最小，根據電阻的串聯和歐姆定律求出電路中的電流，再根據歐姆定律求出電壓表保持的最小電壓．
點評：本題考查了電路圖的設計和連接實物電路圖、滑動變阻器的作用、電路故障的判斷、串聯電路特點和歐姆定律的應用等問題；滑動變阻器在電路中有兩種連接方式：分壓接法與限流接法，要掌握這兩種方法的連接方法；滑動變阻器在電路中的作用有：保護電路，改變電路的總電阻，從而改變電路電流．