Question

18．探究电流与电阻关系的电路图如图甲所示，可共使用的实验器材有：电源（电压恒定为4.5V）、电流表、电压表，开关各一个，滑动变阻器（10Ω 2A，20Ω 1A）两个，定值电阻三个（5Ω、10Ω、15Ω）、导线若干．

（1）连接好电路，闭合开关前变阻器的滑片P应该移至b端（或最右端）．
（2）闭合开关后，发现电流表无示数，电压表有示数且接近于电源电压，则电路中出现的故障可能是定值电阻发生了断路．
（3）排除故障后，小明通过实验测得多组数据，由这些数据得到如图乙所示的电流I随电阻R变化的图象，由图象可以得到的结论是电压一定时，电流与电阻成反比．
（4）在上述实验中，小明先把5Ω的电阻接入电路中进行测量，接着又该用10Ω的电阻继续做实验，当把10Ω的电阻接入电路后，小明应将滑片P向b端移至适当的位置，目的是使电压表的示数减小到2.5V．
（5）小明实验所选用的滑动变阻器应该是20Ω1A．如果小明没有正确选用滑动变阻器，在实验中就会出现这样的情况，当把15Ω的电阻接入电路时，发现无论怎样移动变阻器的滑片，都无法使电压表的示数达到实验要求的数值．

Answer 1

分析 （1）为保护电路，在闭合开关前，应将滑片移至最大阻值处；
（2）电流表无示数，电压表示数接近电源电压，则与电压表并联的电路断路；
（3）分析图象，得出电流和电阻的反比例关系；
（4）根据串分压的知识，接入较大的电阻后，电压表的示数变大，为使电压表的示数不变，应增大滑动变阻器的电阻值；
（5）根据串分压的知识，当电阻的阻值最大时，所需的滑动变阻器阻值最大，计算出此时滑动变阻器的阻值得出滑动变阻器的规格；
根据另一滑动变阻器的最大阻值求出电阻的阻值，便可得出结论．

解答 解：（1）滑动变阻器的下面接了左边的a接线柱，所以连接好电路，闭合开关前，将变阻器的滑片P移至最右端或b端使其阻值最大；
（2）电流表无示数，电压表有示数且接近于电源电压，则与电压表并联的电阻断路；
（3）分析乙图中的电流和电阻的关系可看出：电压一定时，通过导体的电流与它的电阻成反比；
（4）把5Ω的换为10Ω后，根据串分压的知识，电压表的示数变大，要探究电流与电阻的关系，需保持电压表的示数不变，应增大滑动变阻器的阻值，将滑片向b端滑动；
（5）由图象知，电阻两端的电压U=IR=0.5A×5Ω=2.5V；
当电阻值为15Ω时，电路中的电流为I′=$\frac{U}{R′}$=$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{1}{6}$A；
则滑动变阻器的阻值应为；R滑=$\frac{{U}_{滑}}{I′}$=$\frac{4.5V-2.5V}{\frac{1}{6}A}$=12Ω＞10Ω，所以应该选择20Ω 1A的变阻器；
当选用10Ω的变阻器时，电路中的电流I″=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}′}$=$\frac{2V}{10Ω}$=0.2A；
则电阻值为：R=$\frac{U}{I″}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，所以使用20Ω 1A的变阻器时，电阻的阻值不可大于12.5Ω，因此当把15Ω的电阻接入电路时，发现无论怎样移动变阻器的滑片，都无法使电压表的示数达到实验要求的数值．
故答案为：（1）b端（或最右端）；（2）断路；（3）电压一定时，电流与电阻成反比；（4）b；使电压表的示数减小到2.5V；（5）20Ω 1A；15．

点评 本题考查了连接电路图、电路故障分析、滑动变阻器作用、滑动变阻器调节等问题，是常考问题，一定要掌握；连接电路图时，注意电表量程的选择；本题难点是探究电流跟电阻关系的实验中，为了保持电阻两端的电压不变，根据串联电路的特点和欧姆定律得出定值电阻R与滑动变阻器连入电路的电阻阻值关系．