Question

12．某班同学在研究“电流跟电阻的关系”时，设计的电路如图所示．选用器材有：电源（电压恒为6V）、电流表（量程选用0～0.6A）、电压表（量程选用0-3V）、滑动变阻器R₂（20Ω2A），开关各一只，导线若干，电阻（阻值为5Ω、8Ω、10Ω、12Ω、24Ω各一只）．

（1）请根据实验电路图，将实物图连接完整．
（2）在探究电流跟电阻的关系时，测量一组电流、电阻值后，改变R₁阻值，闭合开关，在读出并记录第二组电流、电阻值前，应先进行的操作是调节滑动变阻器使电压表的示数不变．
（3）为了实验器材的安全和实验顺利进行，改变R₁阻值时，在5Ω、8Ω、10Ω、12Ω、24Ω的供选电阻中，不能选用的电阻是24Ω，原因是调节滑动变阻器无法使24Ω电阻两端的电压不大于3V．
（4）实验时要让电阻R₁两端的电压为2.5V，电阻R₁选用10Ω的阻值时，滑动变阻器R₂的阻值应为14Ω．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，电压表与电阻并联，电流表与电阻串联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；
（2）在研究电流与电阻的关系时，应该控制电阻两端的电压不变，是通过移动滑动变阻器的滑片实现的；
（3）当电压表示数最大且R₁的阻值最小时电路中的电流最大，根据欧姆定律求出电路中的最大电流然后确定定值电阻是否可行；根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式即可得出R₁阻值的表达式，然后根据电压表的量程和滑动变阻器的最大阻值确定电路中可以使用的最大定值电阻，然后得出答案；
（4）根据欧姆定律求出电路中的电流，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，再根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值．

解答 解：（1）电压表与电阻并联，电流表与电阻串联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，如下图所示：

（2）要探究电流与电压的关系，必须通过移动滑动变阻器的滑片，来控制电阻两端的电压不变；
所以改变R₁阻值，闭合开关，在读出并记录第二组电流、电阻值前，应先调节滑动变阻器使电阻R₁两端的电压不变，即电压表的示数不变．
（3）当电压表示数最大U₁=3V且R₁=5Ω时，电路中的电流最大，
则I_大=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，
所以，供选的电阻均可行；
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，电路中的电流：
I′=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{R}_{2}}$，
则R₁=$\frac{{U}_{1}}{U-{U}_{1}}$R₂=$\frac{1}{\frac{U}{{U}_{1}}-1}$R₂，
当U₁最大为3V、R₂最大为20Ω时，R₁的阻值：
则R_1大=$\frac{1}{\frac{U}{{U}_{1}}-1}$R₂=$\frac{1}{\frac{6V}{3V}-1}$×20Ω=20Ω＜24Ω，
所以，24Ω的电阻不符合题意；
（4）当U₁=2.5V，R₁=10Ω时，电路中的电流：
I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，滑动变阻器两端的电压：
U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V，
则滑动变阻器R₂的阻值：
R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
故答案为：
（1）如上图所示；
（2）调节滑动变阻器使电压表的示数不变；
（3）24；调节滑动变阻器无法使24Ω电阻两端的电压不大于3V；
（4）14．

点评 本题考查了实物图的连接、串联电路的特点、欧姆定律的计算等，关键是明白研究“电流跟电阻的关系”实验的原理，难点是根据电表的量程判断R₁不可能的阻值．