Question

4．某实验小组在探究实验时，实验室可供使用的器材有：
A．电流表（量程0～0.6A，0～3A）     B．电压表（量程0～3V，0～15V）
C．定值电阻R₁（阻值为30Ω ）        D．定值电阻R₂  （阻值为10Ω ）
E．滑动变阻器R_l′（10Ω，2A ）         F．滑动变阻器R₂'（100Ω，1A）
G．干电池二节（一节干电池的电压为1.5V）
H．开关S一个，导线若干．
（1）利用以上部分器材探究“电阻一定时，电流与电压的关系”，要求实验过程中电表的最大示数能达到或超过电流表量程的一半，同时又考虑操作的方便．
①用来探究的定值电阻R应选D，滑动变阻器R′应选E（两空均选填实验器材前的字母代号），电流表的量程应选量程0～0.6A．
②将图甲中的滑动变阻器阻值调到最大，试触开关时，会看到的现象是：电压表示数有，电流表示数无．（选填“有”或“无”）
③图甲中只有一根导线的一个接头接错，请在错误处画“×”，并在图上改正．

（2）若将这个定值电阻换成小灯泡，还可测出小灯泡的电阻．当滑片向右滑动到某一位置后，继续向右滑动，电压表、电流表均有示数，但小灯泡始终不发光，这是由于灯的实际功率过小的缘故；如图乙是小灯泡的U-I图象，它的电流与电压不成正比，其原因是小灯泡的电阻随温度的变化而变化．
（3）实验小组的同学还想通过该连接好的电路测量所选定值电阻的阻值．如果要比较精确测量该电阻的阻值，要求电表的指针至少达到量程的三分之一，同时又要防止损坏电表．那么，滑动变阻器连入电路中的阻值范围是0-5Ω．

Answer 1

分析 （1）①根据实验过程中电表的最大示数能超过电表量程的一半进行分析．计算出当滑动变阻器为零时通过两电阻的电流，选择电流值能超过量程0～0.6A一半的．根据定值电阻选择滑动变阻器的型号．
②分析电路的连接确定两表示数；
③根据电路的错误连接，据此改正；
（2）电压表、电流表均有示数，说明电路为通路，但小灯泡始终不发光，这是由于通过小灯泡的实际电流太小造成的；
灯丝电阻受温度影响，随灯泡温度升高而变大，由欧姆定律，U=IR，因电阻不是定值，所以灯泡电流与电压不成正比；
（3）根据题意判断出电流的最大值和最小值及电压表的最大值和最小值，然后根据欧姆定律及串联电路的知识进行计算．

解答 解：（1）①电源电压为3V，由于电路中电流会很小，所以电流表选择0～0.6A的量程．
因为要求实验过程中电表的最大示数能超过电表量程的一半．
若选择D，当滑动变阻器的阻值为零时，电路中的电流：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，刚好是电流表量程的一半；
如若选择C，当滑动变阻器的阻值为零时，电路中的电流：
I′=$\frac{U}{R′}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A，所以不可以选择．
根据分压原理，若选用最大阻值为10Ω的滑动变阻器，当变阻器的最大电阻10Ω接入电路中时，定值电阻的电压为$\frac{1}{2}$×3V=1.5V，满足电压表的要求；
故用来探究的定值电阻R应选D，滑动变阻器R′应选E，电流表的量程应选量程0～0.6A．
②因电压表串联在电路中，而电压表内阻很大，电流表与电阻并联，电阻被短路，将图甲中的滑动变阻器阻值调到最大，根据欧姆定律，电路中电流几乎为0，试触开关时，电压表与电源连通，会看到的现象是：电压表示数有示数，电流表无示数；
③电流表与电阻串联，电压表并联在电阻两端，如下所示：


（2）当滑片向右滑动到某一位置后，继续向右滑动，变阻器连入电路中的电阻变大，电压表、电流表均有示数，说明电路为通路，但小灯泡始终不发光，这是由于通过小灯泡的实际电流太小，实际功率太小，小灯泡始终不发光；
灯丝电阻受温度影响，随灯泡温度升高而变大，由欧姆定律，U=IR，因电阻不是定值，所以灯泡电流与电压不成正比；
（3）因为要求电表的指针至少达到量程的三分之一，电压表应不小于1V，电流表不小于0.2A．
所以当滑动变阻器为0时，电流表为：
I=$\frac{U}{R}=\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，电压表3V，未超过其量程；
电流表三分之一刻度为电流大小为0.2A，若电压表示数为1V，则电阻的电流：
I′=$\frac{U′}{R′}=\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，小于0.2A，所以电路中的最小电流应为0.2A，则电路总电阻：
R_总=$\frac{U}{I″}=\frac{3V}{0.2A}$=15Ω，R为10Ω，则R_滑=15Ω-10Ω=5Ω．
因此滑动变阻器的变化范围应为0～5Ω．
故答案为：（1）①D；E；0～0.6A；②有；无；③如上所示；（2）灯的实际功率过小；随温度的变化而变化；（3）0～5．

点评 本题探究“电阻一定时，电流与电压的关系”，考查器材的选择、电路故障的分析、电路的连接、影响电阻大小的因素及最值的求法，难度较大．