Question

13．在研究“導體電流與電阻關系”的實驗中，同學們利用了阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω的定值電阻和變阻器進行了探究，變阻器規格是“10Ω　1A”，電源電壓4.5V且保持不變．

（1）用筆畫線代替導線，將圖甲中電路連接完整．
（2）正確連線后，閉合開關時發現，無論怎樣移動滑片電流表指針幾乎不動，電壓表指針向右偏轉且超過滿刻度，原因可能是定值電阻斷路．
（3）先接入15Ω的電阻，調節滑片使電壓表示數為3V，觀察到電流表示數如圖丙所示，則電流表示數為0.2A；用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，應將滑片向左端（選填“左”或“右”）移動，才能使電壓表示數保持3V，并記錄下電流表示數為0.3A；用5Ω電阻代替10Ω電阻接入電路，正確操作，電流表示數為0.6A．分析三次的實驗數據，可得出電流與電阻的關系是電壓一定時，電流與電阻成反比．
（4）王強同學繼續探究：他用了30Ω的定值電阻代替原來的電阻實驗，發現無論怎樣移動滑片都不能滿足電壓表示數為3V，原因是滑動變阻器的最大阻值太小，要使電壓表示數保持3V，需要更換的變阻器的最大阻值最少為15Ω．

Answer 1

分析 （1）實驗中電壓表應測定值電阻兩端電壓，由此連圖；
（2）閉合開關電流表無示數可能是電路斷路；電壓表示數超過量程，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯電路之外部分，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：定值電阻斷路；
（3）根據電流表量程和分度值讀出丙圖中其示數；研究導體電流與電阻關系中要保持R兩端電壓不變，10Ω電阻代替15Ω電阻后，根據分原滑片的移動方向；
（4）根據串聯電路電壓的特點和分壓原理求出變阻器的最大阻值最少為多少．

解答 解：（1）研究“導體電流與電阻關系”的實驗中，電壓表應測量定值電阻兩端的電壓，電壓表并聯在定值電阻的兩端，如下圖所示：

（2）電路正確連接后，閉合開關，移動滑片P，電流表無示數，但電壓表示數有示數且很大，則故障原因可能是定值電阻斷路了；
（3）由圖丙，電流表的量程為0-0.6A，分度值0.02A，示數為0.2A；此時R兩端電壓為3V，因為探究導體電流與電阻關系中要保持R兩端電壓不變，當用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，根據分壓原理，定值電阻的電壓減小，要保持定值電阻的電壓不變，應增大定值電壓，減小滑動變阻器分得的電壓，根據分壓原理，應減小滑動變阻器接入電路的阻值大小，所以，應調節滑片向左移動，使電壓表的示數保持不變；
（4）由題意知，滑動變阻器兩端的電壓應為U_滑=4.5V-3V=1.5V，所以變阻器分得電壓的為定值電阻的電壓$\frac{1.5V}{3V}$=$\frac{1}{2}$倍，根據分壓理，變阻器連入電路中的阻值大小為定值電阻的$\frac{1}{2}$，即R_變的最大阻值至少為
$\frac{1}{2}$×30Ω=15Ω．
故答案為：（1）見上圖；
（2）定值電阻斷路；
（3）0.2；左；
（4）15．

點評 本題研究“導體電流與電阻關系”，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、控制變量法及對器材的要求，有一定難度．