Question

8．在探究“电流与电阻的关系”的实验中，电源电压3V保持不变，实验室提供有5Ω、10Ω和20Ω的定值电阻与标有“30Ω  2A”的滑动变阻器等实验必须的器材，请你完成实验：
（1）根据实验要求把图甲中的实物图连接完整（用笔画线代替导线），连接电路时，闭合开关前滑动变阻器的滑片P置于最右端；
（2）将5Ω的电阻接入电路，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P的位置，电流表有示数，电压表始终无示数，其原因可能是电阻短路（电压表开路）；
（3）排除故障后，调节滑动变阻器，当电流表示数如图乙所示，可知电阻R两端的电压为1V；
（4）在实验过程中，将5Ω的电阻换成10Ω的电阻，闭合开关，调节滑动变阻器P的位置，目的是保持电阻R两端的电压不变；
（5）再将10Ω的电阻换成20Ω的电阻，能否延续（3）（4）步骤顺利完成实验得出结论？为什么？答：不能，当调节滑动变阻器的滑片时，R两端的最小电压为1.2V，无法保持1V不变．

Answer 1

分析 （1）根据电源电压确定电压表的量程；根据闭合开关前滑动变阻器的滑片应位于滑动变阻器的阻值最大处，可确定滑片P的位置；
（2）电流表有示数，说明电路为通路，电压表示数为零，说明电压表测量导线两端电压；通过移动滑动变阻器滑片以及电流表、电压表示数的变化判断故障的具体位置．
（3）根据电流表所选量程确定其分度值，然后即可读数；根据欧姆定律计算出电阻R两端的电压；
（4）研究电流与电阻的关系，需要改变接入电路的电阻阻值，并且保持不同阻值的电阻两端电压相同．
（5）滑动变阻器接入电路中电阻最大时，定值电阻两端的电压最小，根据控制变量法需要保持定值电阻两端电压保持1V不变分析．

解答 解：（1）电源电压为3V，则定值电阻两端的电压最高为3V，电压表选择0～3V量程；连接电路时，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于最大阻值处，即位于最右端；实物图连接如下图：

（2）电流表有示数，说明电路为通路，而电压表的示数始终为零，说明电压表测量导线两端电压，即定值电阻R短路；或者电压表开路；
（3）由图可知，电流表所选量程为0～0.6A，分度值为0.02A，则由电流表指针位置可知，电流表读数为0.2A；
由I=$\frac{U}{R}$得，电阻R两端的电压为：U=IR=0.2A×5Ω=1V；
（4）在研究电流与电阻关系时，把定值电阻5Ω换成10Ω，根据串联电路导体两端电压与其阻值成正比知，电阻两端电压会增大；在电源电压一定时，要使电阻两端电压不变，需要调节滑动变阻器滑片，使滑动变阻器两端电压增大，也就是需要滑动变阻器接入电路电阻增大．调节滑动变阻器的滑片P到合适位置；
（5）将10Ω的电阻换成20Ω的电阻，调节滑动变阻器的滑片接入电路中的电阻最大时，定值电阻两端的电压最小，则有：
U_最小=I′R′=$\frac{3V}{20Ω+30Ω}$×20Ω=1.2V，无法保持1V不变，所以不能延续（3）（4）步骤顺利完成实验得出结论．
故答案为：（1）见上图；最右端；
（2）电阻短路（电压表开路）；
（3）1；
（4）保持电阻R两端的电压不变；
（5）不能；当调节滑动变阻器的滑片时，R两端的最小电压为1.2V，无法保持1V不变．

点评 探究“电流与电压、电阻的关系”时，必须采用控制变量法的思想，研究电流与电阻的关系时，控制电压不变；研究电流与电阻的关系时，控制电阻两端电压大小不变．