Question

现要做探究“电阻一定时，电流与电压的关系”的实验．实验中可供使用的器材有：
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3Ω）
D．定值电阻R₂（阻值为10Ω）
E．滑动变阻器R₁′（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．则：
现利用以上部分器材，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超过电表量程的一半，同时又考虑操作的方便．则：
（1）用来探究的定值电阻R应选______，滑动变阻器R′应选______（选填实验器材前的字母代号）；电流表的量程应选______．
（2）根据实验要求，在如图所示的虚线框内，正确画出实验所需的电路图．（其中，部分电路已画出）
（3）根据所画的电路图，用笔画线代替导线将实物图连接起来，要求滑动变阻器的滑片P向左移动阻值变小，使之成为符合实验要求的电路．（其中，部分导线已连好）
（4）某小组的同学还想通过此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所选定值电阻的阻值，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变化范围是______Ω．

Answer 1

解：（1）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===0.3A，未超过电流表量程的一半，所以不可以．
如若选择C，当滑动变阻器的阻值为零时，电路中的电流I′===1A，所以可以选择．
由上计算可知，选择最大阻值为10Ω的滑动变阻器便可达到要求，而最大阻值为100Ω太大，不便操作．
（2）根据要求画出电路图，电压表、电流表、滑动变阻器串联，电压表与电阻R并联，电路图如图．

（3）根据电路图连接实物图，如图所示．

（4）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，所以电阻两端的最大电压为3V，最大电流为0.6A，根据二者计算滑动变阻器的最小值；最小电流为0.2A，最小电压为1V，根据二者计算滑动变阻器的最大值．
当电流为0.2A时，电阻两端的电压U=IR=0.2A×3Ω=0.6V
未达到1V，所以应按电压表计算滑动变阻器的最大值．此时电流I₁===A
则电路中的总电阻为R_总===9Ω
滑动变阻器的最大阻值为R_大=9Ω-3Ω=6Ω
当电流为0.6A时，电压表的示数为U′=I′R=0.6A×3Ω=1.8V，未超过电压表的量程．所以此时是滑动变阻器的最小值．
电路中的总电阻为R_总′===5Ω
滑动变阻器的最大阻值为R_小=5Ω-3Ω=2Ω
因此滑动变阻器的变化范围应为2Ω～6Ω．
故答案为：（1）C；E；0～0.6A；（2）见上图；（3）见上图；（4）2Ω～6Ω．
分析：（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）要掌握此实验中电路图的画法．其中电流表、电阻、滑动变阻器串联，电压表与电阻并联．
（3）根据电路图连接实物图．在连接过程中注意电压表、电流表的量程和正负接线柱的接法及滑动变阻器的接法，滑动变阻器要接一上一下．
（4）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．
点评：此题是探究“电阻一定时，电流与电压的关系”的实验，考查了学生对仪器量程的选择，这是在实际操作中常遇到的问题，但分析起来难度比较大一些，属于难点内容．在题目中还考查了有关电路图和实物电路的连接及最值的求法．