Question

16．在研究“导体电流与电阻关系”的实验中，同学们利用了阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω的定值电阻和变阻器进行了探究，变阻器规格是“10Ω 1A”，电源电压4.5V并保持不变．

（1）用笔画线代替导线，将图甲中电路连接完整（请用签字笔在答题卡上连线）．
（2）闭合开关前，电流表指针如图乙所示，对电流表的操作应该是调零．
（3）正确连线后，闭合开关时发现，无论怎样移动滑片电流表指针几乎不动，电压表指针向右偏转且超过满刻度，原因可能是电阻R出现断路现象．
（4）排除故障后，先接入15Ω的电阻，调节滑片时电压表示数为3V，观察到电流表示数为0.2A；用10Ω电阻代替15Ω电阻接入电路，应将滑片向左端（选填“左”或“右”）移动，才能使电压表示数保持3V，并记录下电流表示数为0.3A；用5Ω电阻代替10Ω电阻接入电路，正确操作，电流表示数为0.6A．
（5）分析三次的实验数据，可得出电流与电阻的关系是电压一定时，通过导体的电流与导体电阻成反比．
（6）王强同学继续探究：他用了30Ω的定值电阻代替原来的电阻实验，发现无论怎样移动滑片都不能满足电压表示数为3V，原因是滑动变阻器阻值太小；要使电压表示数保持3V，要求变阻器的最大阻值最少为15Ω．

Answer 1

分析 （1）实验中电压表应测定值电阻两端电压，由此连图；
（2）由图乙，电流表指针没有指在零刻度线上，使用电流表前应对电流表进行机械调零，使指针指在零刻度线上；
（3）闭合开关电流表无示数可能是电路断路；电压表示数超过量程，说明电压表与电源两端相连，电压表并联电路之外部分，不存在断路；综合分析知电路故障原因是：定值电阻断路；
（4）根据电流表量程和分度值读出丙图中其示数；研究导体电流与电阻关系中要保持R两端电压不变，由此分析10Ω电阻代替15Ω电阻后滑片的移动方向；
（5）根据三次实验中电流与对应电阻关系分析得出结论；
（6）根据串分压的知识，若电阻增大，分得的电压将变大，要减小电阻两端的电压，需增大滑动变阻器的阻值；
根据串联电路的电压、电流规律结合欧姆定律计算出电阻．

解答 解：
（1）研究“导体电流与电阻关系”的实验中，电压表应测量定值电阻两端的电压，由此完整电路的连接，如图所示：

（2）电流表指针没有指在零刻度线上，应先对电流表调零；
（3）电路正确连接后，闭合开关，移动滑片P，电流表无示数，但电压表示数有示数且很大，则故障原因可能是定值电阻断路了；
（4）由图丙，电流表的量程为0-0.6A，分度值0.02A，示数为0.2A；此时R两端电压为3V，因为导体电流与电阻关系中要保持R两端电压不变，当用10Ω电阻代替15Ω电阻接入电路，总电阻减小，根据欧姆定律可知电路中电流变大，滑动变阻器分得的电压变大，电阻分得的电压减小，所以应调节滑片向左移动，减小滑动变阻器接入电路的电阻，使电压表的示数保持不变；
（5）三次实验电阻分别为15Ω、10Ω、5Ω，三次通过的电流分别是0.2A、0.3A、0.6A．每次的电流与电阻和乘积相等，由此可得：电压一定时，通过导体的电流与导体电阻成反比；
（6）由题意知，滑动变阻器两端的电压应为U_滑=4.5V-3V=1.5V
据串联电路的电流相等，所以使用30Ω的定值电阻时，
则：$\frac{3V}{30Ω}$=$\frac{1.5V}{{R}_{变}}$，解得R_变=15Ω，即变阻器最大值最小为15Ω．
故答案为：（1）见上图；（2）调零；（3）R断路；（4）0.2；左；（5）电压一定时，通过导体的电流与导体电阻成反比；（6）15．

点评 本题考查了电路连接，电流表读数、滑动变阻器的正确使用和欧姆定律的应用，控制变量法在本实验中的具体应用和滑动变阻器的调节是本题的关键．