Question

12．小冰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4.5V，滑動變阻器上標有“20Ω，2A”字樣，阻值為5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值電阻各一個．

實驗序號	定值電阻（Ω）	電流表示數（A）
1	5
2	10	0.2
3	20	0.1

（1）請用筆畫線把圖甲所示電路連接完整，要求滑片向左移動時電流表示數變�。�
（2）小冰將5Ω定值電阻接入電路后，閉合開關，發現電流表有示數而電壓表無示數，則電路中的故障可能是定值電阻短路（寫出一種）；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，此時電路中的電流為0.4A．
（3）將5Ω定值電阻換成10Ω定值電阻，閉合開關，為了保持電壓表的示數不變，應將滑動變阻器的滑片P向左（選填“左”或“右”）移動，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）當小冰換50Ω定值電阻進行實驗時，發現無論如何移動滑動滑片P都無法達到要求，你認為其原因是由于滑動變阻器的最大阻值太小．

Answer 1

分析 （1）電壓表與電阻并聯，根據表中數據選擇其量程；滑動變阻器要接一上一下，根據滑片向左移動時電流表示數變小確定其連接方法；
（2）根據電流表和電壓表有無示數進行分析具體原因；根據表中數據得出電流表的量程和分度值，進而讀出電流值；
（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）根據歐姆定律求出若換用50Ω的定值電阻進行實驗時定值電阻兩端的電壓，根據能否使電壓表的示數等于2V得出結論．

解答 解：
（1）電壓表與電阻并聯，根據表中數據可知定值電阻兩端的電壓U=IR=0.2A×10Ω=2V，所以應選擇0～3V的量程；滑動變阻器已接了上面一個接線柱，為使滑片向左移動時電流表示數變小，則連入電阻變大，下面選擇右接線柱，如圖所示：

（2）電流表有示數，電壓表無示數，說明與電壓表并聯部分發生短路，或定值電阻短路；由表中數據可知電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，由圖乙可知電流表的示數為0.4A；
（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向左移動，使電壓表仍為原來的示數不變；
（5）當定值電阻為50Ω時，此時滑動變阻器最大阻值為20Ω，兩端的電壓分別為U_R、U-U_R=4.5V-U_R，
則：$\frac{{U}_{R}}{50Ω}$=$\frac{4.5V-{U}_{R}}{20Ω}$，
解得：U_R≈3V，
由于滑動變阻器的最大阻值太小，定值電阻兩端最小電壓3V＞2V，無法保持定值電阻兩端電壓始終為2V．
故答案為：
（1）如圖所示；（2）定值電阻短路；0.4；（3）電壓表；左；（5）滑動變阻器的最大阻值太�。�

點評 此題是探究電流和電阻的關系實驗，考查了控制變量法的應用，同時考查了電流表、電壓表、滑動變阻器的接法，考查了串聯電路中的特點以及歐姆定律的應用，屬于難題．