Question

2．在“探究一定電壓下，電流與電阻的關系”的實驗中，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“20Ω2A”、“50Ω1A”），導線若干．

（1）請根據圖甲的電路圖用筆畫線將圖乙實物圖連接完整（注意電流表的量程選擇）．
（2）為了保護電路，在閉合開關前應將滑動變阻器的滑片調至最大阻值處．
（3）小李實驗時，在a、b間先接入5Ω的電阻，閉合開關，移動滑片P，使電壓表的示數為1.5V，并記下相應的電流值為0.3A；斷開開關，將5Ω的定值電阻拆下，換上10Ω的電阻后，立即觀察電流表，則其示數可能為D
A、0.15A         B、0.3A         C、0.1A         D、0.18A
（4）為了使實驗正確完成，在第（3）問中應將滑片P應向F（選填“E”或“F”）端移動，小李移動變阻器滑片P的目的是：保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變．
（5）小李為完成用四個定值電阻進行實驗，他應選擇的滑動變阻器規格是“50Ω 1A”．
（6）小李同學完成了此實驗后，將R換成一個小燈泡，將其改成了一個可以調節燈泡亮度的電路．小李在此過程中操作正確，但閉合開關后，發現燈泡不亮，此時你認為小李同學應該如何操作：減小滑動變阻器的阻值．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電流表與電阻R串聯，可根據電壓表的量程和最小定值電阻的阻值確定電路中的最大電流；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）為保護電路，閉合開關前，應將滑片移至最大阻值處；
（3）將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，電路中的總電阻變大，電路中的電流減小，滑動變阻器兩端的電壓減小，電壓表的示數變大，從而可判斷出電流的范圍；
（4）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，由于此時電壓表的示數大于1.5V，所以應增大滑動變阻器的阻值，使電阻兩端的電壓變為原來的值．
（5）根據串分壓的知識，要保持電阻兩端的電壓不變，可根據最大的電阻值計算出所需滑動變阻器的電阻值，判斷滑動變阻器的使用規格，同時要考慮滑動變阻器的電阻和允許通過的最大電流．
（6）燈泡不發光可能是由于其實際功率太小造成．

解答 解：（1）原圖中已經選擇0-3V電壓表，為了電壓表的安全，電阻兩端的電壓不可能大于3V，因此，電流不可能大于$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A；另外題目中保持電壓為1.5V不變，這樣電路中的電流最大也就是$\frac{1.5V}{5Ω}$=0.3A，最小$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，因此，選擇0.6A是最合適的，選擇3A的量程太大，不便于讀出數據！故將電流表“0.6”的接線柱與開關的右接線柱相連，“-”接線柱與電阻絲的b接線柱相連；如圖所示：

（2）開關閉合前，應將滑片移至最大阻值處，這樣才能起到保護電路的作用；
（3）將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時，串聯電路的總電阻變大，根據歐姆定律可知電路中電流變小，所以電流表示數將小于0.3A；
將5Ω換為10Ω后，電阻兩端的電壓將大于1.5V，所以電路中的電流應大于$\frac{1.5V}{10Ω}$=0.15A，所以D符合題意；
（4）滑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，由于此時電壓表的示數大于1.5V，所以應調節滑片向F移動，增大滑動變阻器接入電路的電阻．
（5）當20Ω的電阻接入a、b間時，所需滑動變阻器的阻值最大，要控制電壓表的示數為1.5V不變，則滑動變阻器兩端的電壓為4.5V-1.5V=3V，
電路中的電流為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，
滑動變阻器接入電路中的阻值為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3V}{0.075A}$=40Ω＞20Ω，
若選用規格為“20Ω，2A”滑動變阻器，無論怎樣移動滑片P，電壓表的示數始終無法達到1.5V；因此需要選擇“50Ω 1A”的滑動變阻器．
（6）由題意知，小李操作正確，剛閉合開關時，滑動變阻器的最值最大，此時燈泡兩端的實際電壓較小，實際功率較小，所以燈泡不亮，要使燈泡發光，應減小滑動變阻器的阻值．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）最大阻值處；（3）D；（4）F；保持定值電阻兩端電壓為1.5V不變；（5）“50Ω  1A”；（6）減小滑動變阻器的阻值．

點評 本題考查了探究電流跟電阻關系的實驗，探究的方法是控制變量法；并且能夠根據題目數據選擇合適的滑動變阻器，不但考慮滑動變阻器允許通過的電流，也要考慮滑動變阻器的電阻．電路電流不能超過滑動變阻器允許通過的最大電流，滑動變阻器最大電阻稍大于電路需要的電阻，這樣，滑動變阻器既能滿足電路要求，也能使電路準確獲得需要的數據．