Question

13．小琴在探究電流與電壓和電阻的關系時，采用了如圖甲所示的電路圖，實驗中可供選擇的定值電阻的阻值為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．已知電源電壓恒為4.5V，滑動變阻器規格為“20Ω  1A”，
（1）小琴在探究某一因素變化對電流的影響時，采用控制變量法實驗，分兩步進行：
①保持電阻不變，探究電流與電壓的關系；
②保持電壓不變，探究電流與電阻的關系．
（2）如果在實驗中發現電流表、電壓表的讀數都偏大，調節滑動變阻器的滑片時，兩表示數均無變化，適當減小電源電壓后，兩表示數才相應減小．你認為出現這一故障的原因是：滑動變阻器接上面兩個接線柱．
（3）在探究電阻對電流的影響時，小琴先用5Ω的定值電阻進行實驗，閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，此時電流表的示數如圖乙所示，則電路中的電流為0.4A；再將5Ω的定值電阻換成10Ω定值電阻進行實驗，移動滑片直至電壓表示數為2V，并記錄電流表的示數．
（4）小琴還想多測幾組數據，但他不能選用的定值電阻是20Ω和25Ω．

Answer 1

分析 （1）電流與電壓和電阻有關，要探究電流與電阻的關系，需保持電阻兩端的電壓不變；要探究電流與電壓的關系，需保持電阻的大小不變；
（2）移動滑片兩表示數不變，說明變阻器的接法錯誤，根據電表的示數大小判斷接了哪兩個接線柱；
（3）根據圖乙讀出電流表的示數，計算出電阻兩端的電壓，換成較大的電阻后，兩端的電壓會變大，則應增大滑動變阻器的阻值，使電壓表的示數不變；
（4）根據串分壓的知識，利用滑動變阻器的阻值的最大阻值及電阻兩端的電壓確定定值電阻允許的最大電阻值，得出結論．

解答 解：（1）①保持電阻不變，改變電阻兩端的電壓，可探究電流與電壓的關系；
②保持電壓不變，改變導體的電阻，可探究電流與電阻的關系；
（2）移動滑片兩表示數不變，說明變阻器的阻值不變，電流表、電壓表的讀數都偏大，則滑動變阻器可能同時接了上面兩個接線柱；
（3）由圖乙知，電流表的量程為0～0.6A，示數為0.4A；電阻兩端的電壓：U=IR=0.4A×5Ω=2V；
換成10Ω的電阻后，電阻兩端的電壓變大，要使兩端的電壓保持不變，應增大滑動變阻器的阻值，將滑片向右滑動，直到電壓表的示數為2V；
（4）已知滑動變阻器的最大阻值為20Ω，定值電阻兩端的電壓為2V，設允許定值電阻的最大值為R₁，根據串聯分壓的知識：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，則$\frac{2V}{4.5V-2V}$=$\frac{{R}_{1}}{20Ω}$，解得：R₁=16Ω，
20Ω和25Ω都大于16Ω，所以不能選．
故答案為：（1）①電壓；②電阻；（2）滑動變阻器接上面兩個接線柱；（3）0.4；2；（4）20Ω和25Ω．

點評 本題是探究電流和電壓、電阻的關系，要注意控制變量法在實驗中的應用．對于滑動變阻器的應用、歐姆定律在串聯電路的應用也是該實驗常考查的內容，應熟練掌握．