Question

10．甲乙兩小組探究“電流與電壓和電阻的關系”，老師提供的實驗器材有：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一個，開關一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動變阻器（規格分別為“20Ω  2A”、“50Ω  1A”），小燈泡一只（額定電壓3.8V），導線若干．

（1）甲小組探究“電流與電壓的關系”
①請你根據圖甲的電路圖用筆畫線代替導線將圖乙中的實物電路連接完整．
②他們將5Ω的電阻接入電路，檢查無誤后閉合開關，發現電壓表無示數，電流表有示數，造成這一現象的原因可能是定值電阻短路（寫出一條即可）．
③排除故障后進行實驗得到的數據如表，由此可得到的實驗結論是電阻一定時，通過導體的電流與導體兩端電壓成正比．

電壓U/V	1.0	1.5	3.0
電流I/A	0.2	0.3	0.6

（2）乙小組探究“電流與電阻的關系”
①將5Ω的電阻接入電路，檢查無誤后閉合開關，移動滑片，使電壓表的示數為1.5V，并記下相應的電流值．再用10Ω的電阻替代5Ω的電阻，此時滑片應左（選填“左”或“右”）端移動，移動滑動變阻器的目的是保持定值電阻兩端電壓一定．
②為了完成用四個定值電阻進行實驗，應選擇滑動變阻器的規格是50Ω1A．
③他們用小燈泡替換定值電阻，移動滑片，使小燈泡正常發光，電流表示數如丙圖所示，則小燈泡的額定功率是1.14W．

Answer 1

分析 （1）①由電路圖可知，電壓表與電阻R并聯，然后根據電流從正接線流入，負接線柱流出將電流表接入電路中；
②電流表有示數，表明電流表所在電路接通；電壓表無示數表明電阻短路，或電壓表斷路，或電壓表短路；
③電阻一定時，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比；
（2）①當將電阻由5Ω更換為10Ω后，定值電阻阻值變大，定值電阻分壓變大，滑動變阻器分壓變小，為保證電阻兩端電壓不變，應移動滑動變阻器滑片，使滑動變阻器接入電路的阻值變大，使定值電阻兩端電壓保持1.5V不變．
②滑動變阻器最大阻值太小，滑動變阻器的最大分壓太小，定值電阻不能達到1.5V，為使實驗能正常進行，可以更換最大阻值大的滑動變阻器或使定值電阻兩端電壓變大．
③確定電流表選擇的量程和最小分度值，讀出示數，根據P=UI計算出額電功率．

解答 解：（1）①定值電阻與滑動變阻器、電流表串聯接入電路；電壓表與電阻并聯，電流從“+”接線柱流入，從“-”接線柱流出；如圖所示：

②檢查無誤后閉合開關，電流表有示數，表明電路接通；電壓表無示數表明定值電阻短路，電壓表相當與和一段導線并聯，故無示數；或者電壓表斷路（或電壓表短路）；
③分析數據可得出結論：電阻一定時，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比；
（2）①定值電阻由5Ω更換為10Ω后，定值電阻分壓變大，大于原來的電壓，為保持定值電阻兩端電壓不變，由電路圖可知，應向左移動滑動變阻器滑片，增大滑動變阻器接入電路的阻值，增大滑動變阻器的分壓，使定值電阻兩端電壓減小到原來的1.5V，保持定值電阻兩端電壓一定．
②實驗中，當定值電阻是20Ω時，流過電路的電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，滑動變阻器接入電路的阻值應為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-1.5V}{0.075A}$=40Ω，故應選擇規格為“50Ω 1A”的滑動變阻器；
③電流表選擇0～0.6A量程，最小分度值為0.02A，示數為0.3A，小燈泡的額電功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
故答案為：（1）①見上圖；②閉合；定值電阻短路；③電阻一定時，通過導體的電流與導體兩端電壓成正比；（2）①左；保持定值電阻兩端電壓一定；②50Ω1A；③1.14．

點評 本題考查了連接電路圖、滑動變阻器的調節、實驗方案的改進等問題，實驗中應用了控制變量法，解題時注意該方法的應用，第（2）①小題是本題的難點，知道實驗過程中應控制定值電阻兩端的電壓不變，分析清楚電路結構、認真分析實驗數據是正確解題的基礎與關鍵．