Question

12．用如图甲所示的电路探究“电压一定时，通过导体的电流与电阻的关系”，已知实验提供的电源电压恒为4.5V，定值电阻R有5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、35Ω、40Ω、45Ω、50Ω各一个，规格为“20Ω 1.5A”的滑动变阻器一个．
（1）根据电路图甲，将乙图中实物电路连接完整（导线不能交叉）．
（2）闭合开关前，将滑动变阻器滑片移至A（填“A”或“B”）端．将5Ω 的电阻接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数．
（3）换用不同的电阻，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5V，记下电流表的示数．
（4）经多次实验，得到如图丙所示的电流I随电阻$\frac{1}{R}$变化的图象，由图象可得出：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．
（5）小方所在的实验小组电压表“15V”的接线柱内部断路，他们又想尽可能多地用上所提供的电阻．如果不改变连接方式，则实验时电压表的读数应为3V，无法用上的电阻值有45Ω、50Ω；如果不增减或更换器材，又要把所提供的电阻全部用上，则可采取的方法是：换用最大阻值较大的变阻器或适当降低电源电压（设电源电压恒为4.5V）．

Answer 1

分析 （1）根据电压表示数确定电压表量程与电阻并联，变阻器按一上一下接入电路中；
（2）闭合开关前，将滑动变阻器滑片移至阻值最大处；
（3）研究通过导体的电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变；
（4）根据电流I随电阻$\frac{1}{R}$变化的图象为原点的直线，可得出：电压一定时，通过导体的电流与电阻的倒数成正比，推出电压一定时，电流与电阻的关系；
（5）当电压表示数最大时，根据串联电路电压的规律，变阻分得的电压最小，此时电压表的示数与变阻器分的电压之比为最大，根据分压原理，定值电阻的阻值为变阻器最大值的倍数最大，即可用的定值电阻最多；
如果不增减或更换器材，又要把所提供的电阻全部用上，则可采取的方法是：换用最大阻值较大的变阻器或适当降低电源电压，

解答 解：（1）因电压表示数为2.5V，故电压表选用小量程与电阻并联，变阻器按一上一下接入电路中，如下所示：

（2）闭合开关前，将滑动变阻器滑片移至阻值最大处，即 A端．将5Ω 的电阻接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数．
（3）研究通过导体的电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，换用不同的电阻，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5V，记下电流表的示数．
（4）经多次实验，得到如图丙所示的电流I随电阻$\frac{1}{R}$变化的图象为原点的直线，由图象可得出：电压一定时，通过导体的电流与电阻的倒数成正比，即在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；
（5）小方所在的实验小组电压表“15V”的接线柱内部断路，则只能使用0-3V，当电压表控制在3V不变（最大）时，变阻器分得的电压最小，
U_滑=U-U_表=4.5V-3V=1.5V，此时电压表的示数与变阻器分的电压之比为最大，当变阻器最大电阻连入电路中时，根据分压原理，定值电阻的阻值为变阻器最大值的$\frac{3.0V}{1.5V}$=2倍，此时可用的最大电阻为2×20Ω=40Ω，故可用的定值电阻为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω、35Ω、40Ω，无法用上的电阻值有45Ω、50Ω；
由上分析，当变阻器的最大电阻为25Ω时，则定值电阻的最大电阻为：2×25Ω=50Ω，此时所用的定值电阻均可使用，故如果不增减或更换器材，又要把所提供的电阻全部用上，则可采取的方法是：换用最大阻值较大的变阻器或适当降低电源电压，
故答案为：（1）如上所示；（2）A；（3）2.5；
（4）通过导体的电流与导体的电阻成反比；
（5）3；45Ω；50Ω；换用最大阻值较大的变阻器或适当降低电源电压．

点评 本题探究电压一定时，通过导体的电流与电阻的关系，考查电路的连接、注意事项、控制变量法及分析数据的能力及对实验器材的要求．