Question

1．小明为探究“通过导体的电流跟电阻的关系”，从实验室借来6V电源、电流表、电压表各一个，四个定值电阻，分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干．

实验序号	1	2	3	4	5	6
电阻/Ω	5	5	5	10	15	20
电流/A	0.2	0.3	0.6		0.20	0.15
电压/U	0	/	3		3	3

（1）小明设计出如左图电路图，并完成右边实物图的部分连接，请你用笔画线代替导线，帮助小明完成剩下的电路连接，要求滑片向右移动时，电流表的示数变小．
（2）正确连接电路后，小明按操作规范把滑片放在正确位置后，再闭合开关，发现电压表示数为0（见序号1），这太不正常了！小明为了判断出电路故障的原因，把电压表从电路中取下，移动滑片至滑动变阻器的中点，电流表的示数变为0.3A（见序号2）．则序号1实验中发生故障的电路元件及故障原因是电压表短路．
（3）解除故障后，小明继续进行实验，完成序号3实验后，将定值电阻由5Ω换为10Ω后进行序号4实验时，立即闭合开关，发现电流表的示数小于0.3A（选填“大于”“小于”或“等于”）．为达到实验目的，滑片应该向右（选填“左”或“右”）移动．
（4）本实验中，若让你选择实验器材，则定值电阻R的最大阻值为30Ω（其他器材的规格不变）．

Answer 1

分析 （1）根据题目要求确定电压表、滑动变阻器的接法，然后把电压表并联在定值电阻两端，滑动变阻器串联接入电路；
（2）电流表的有示数，说明电路是通路；电压表指针几乎不动说明灯泡处的电阻很小，从断路和短路两种情况进行分析；
（3）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；
当换接阻值更大的电阻后，电阻两端的电压会增大，然后确定滑动变阻器的阻值变化，得出滑片的移动方向；
（4）根据实验序号1的数据，由欧姆定律求出滑动变阻器的最大阻值，根据串联电路特点及欧姆定律求出此时定值电阻的最大值．

解答 解：（1）由表中数据可知，电表选用小量程与电阻并联，因要求滑片向右移动时，电流表的示数变小，即电阻变大，变阻器滑片以左电阻丝连入电路中，根据电路图连接实物图，如下所示：

（2）电流表有示数，说明电路是通路；把电压表从电路中取下，移动滑片至滑动变阻器的中点，电流表的示数变为0.3A，滑动变阻器减小，电流增大，定值电阻没有故障，故电路故障为电压表短路；
（3）在滑动变阻器的电阻值Rp不变的情况下，电路中由于将5Ω的定值电阻换成10Ω的定值电阻，使整个电路的总电阻增大，
利用公式I=$\frac{U}{R}$可知，电路中的总电流减小，故电流表的示数应小于0.3A；
根据U=IR可知，此时滑动变阻器两端的电压的减小，
根据串联电路的总电压等于各分电压之和可知，定值电阻两端的电压变大，
要使电压表的示数不变，只能减小电路中的电流，所以要使电路中的电阻增大，即滑片P向右端移动增大电阻．
（4）正确连接电路后，小明按操作规范把滑片放在正确位置后，即变阻器阻值最大处，由实验序号1的数据知，此时变阻器的最大电阻：
R_滑=$\frac{U}{{I}_{1}}=\frac{6V}{0.2A}$=30Ω，因电压表示数保持3V不变，故变阻器分得的电压U_滑=6V-3V，变阻器分得的电压与电压表示数相相等，根据分压原理，定值电阻的最大值等于变阻器的最大值，即为30Ω．
故答案为：（1）如上所示；（2）电压表短路；（3）小于；右；（4）30．

点评 本题通过导体的电流跟电阻的关系，考查电路的连接、故障的分析、操作过程及对器材的要求和控制变量法的运用．