Question

2．小科从资料上获悉，滑动变阻器与定值电阻串联时，当滑动变阻接入电路的电阻等于定值电阻时，其消耗的电功率最大．小科设计了如图所示的电路图来探究这一结果．
（1）小科选用的定值电阻R₀的阻值为20Ω，你认为小科应选择的滑动阻器规格为C．
A．标有“1A10Ω”字样的滑动变阻器R₁
B．标有“2A20Ω”字样的滑动变阻器R₁
C．标有“2A40Ω”字样的滑动变阻器R₁
（2）如表是小科同学测得的实验数据．

实验次数	1	2	3	4	5
电压表求数/V	4	3	2	1	0
电流表示数/A	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3

小科的实验是否能验证这一结果？不能；说明的你的判断理由：小科的结论仅仅是从几组特殊值判断得到的，不具有普遍性．．
（3）小明同学利用相同的器材却获得与小科不一样的实验数据（如表）．

实验次数	1	2	3	4	5
电压表求数/V	6	6	2	1	0
电流表示数/A	0	0	0.2	0.25	0.3

你认为出现这种实验结果的可能原因是小明使用的滑动变阻器电阻丝存在断路现象．

Answer 1

分析 （1）根据实验目的，选择的滑动阻器的阻值应大于R₁的阻值；
（2）仅根据几次实验的数据不能得出具有普遍性的结论；
（3）由（2）表格中的数据，根据串联电路电压的规律求出电源电压；对比两表中数据不同之处，根据（3）表格中的1、2次实验数据，判断电路的状态；从而确定出现这种实验结果的可能原因．

解答 解：（1）小科的目的是探究“滑动变阻器与定值电阻串联时，当滑动变阻接入电路的电阻等于定值电阻时，其消耗的电功率最大”，故选择的滑动变阻器的最大阻值应大于R₁的值，所以，应选用标有“2A40Ω”字样的滑动变阻器R₁，答案选C；
（2）由欧姆定律R=$\frac{U}{I}$可得5次实验，变阻器连入电路中的电阻大小分别为 40Ω、20Ω（与R₀的阻值相等）、10Ω、4Ω、0；根据P=UI可得，5次实验的电功率分别为0.4W、0.45W、0.4W、0.25W、0，所以由上数据得出：当变阻器连入电路中电阻等于R₀=20Ω，对应的电功率最大，仅仅根据几个特殊值求出的滑动变阻器功率，就得出滑动变阻器与定值电阻串联时，当滑动变阻接入电路的电阻等于定值电阻时，其消耗的电功率最大是不科学的；
（3）由图结合（2）中第1次实验数据可知，当电压表示数为4V时，电流表的示数为0.1A，根据欧姆定律，定值电阻的电压U₀=IR₀=0.1A×20Ω=2V，根据串联电路电压的规律，电源电压U_电源=4V+2V=6V；
根据（3）中1、2次实验数据，电压表示数为电源电压，可知，此时电压表与电源的两极连通了，这里存在2种可能：一是变阻器断路了，而导致电压表串联在电路中；二是定值电阻被短路了，但因电流表示数为0，所以只有第一种情况存在；
第3、4、5实验数据和（2）表中的数据是相同的，说明此时电路是连通的，当变阻器连入电路中的电阻为0时，电压表示数为0，电路中的电流为最大I_最大=$\frac{U}{{R}_{0}}=\frac{6V}{20Ω}$=0.3A．
对比（3）、（2）表中数据的相同处，可知变阻器连入电路中的电阻从0-10Ω处肯定是通路，对比不同的数据可知：电阻丝在10Ω-40Ω处有断路现象．
故答案为：（1）C；
（2）不能；小科的实验结论仅仅是从几组特殊值判断得到的，不具有普遍性；
（3）小明使用的滑动变阻器电阻丝存在断路现象．

点评 本题考查学生对实验方案的评估能力和通过对比两次实验，由不同的数据判断电路的状态及原因，综合性强，难度大，对能力要求高．