Question

2．在“探究一定电压下，电流与电阻的关系”的实验中，老师提供的实验器材有：电源（电压恒为4.5V），电流表、电压表各一个，开关一个，四个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），两只滑动变阻器（规格分别为“20Ω  2A”、“50Ω 1A”），导线若干．
（1）请根据图甲的电路图用笔画线将图乙实物图连接完整（注意电流表的量程选择，并且要求滑动变阻器向右移动时，电路中的电流变大）．

（2）实验前，开关必须断开，滑动变阻器必须移到E处（此空选填：“E或者F”）．
（3）小李实验时，在c、b间先接入5Ω的电阻，闭合开关，移动滑片P，使电压表的示数为1.5V，并记下相应的电流值；再改接10Ω的电阻，此时滑片P应向左（选填“左”或“右”）端移动，小李移动变阻器滑片P的目的是：使定值电阻两端的电压保持不变．
（4）电路连接无误后，闭合开关，电流表指针不发生偏转，电压表指针有偏转，请帮她找出故障的原因（填下列故障原因的代号）C
A．电阻R短路    B．滑动变阻器短路      C．电阻R断路     D滑动变阻器断路
（5）小李为完成用四个定值电阻进行实验，他应选择的滑动变阻器规格是“50Ω1A”．
（6）若要探究电流与电压的关系，应控制电阻的阻值不变，这种科学探究方法叫做控制变量法．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，电流表与电阻R串联，可根据电压表的量程和最小定值电阻的阻值确定电路中的最大电流；然后根据电流从正接线流入，负接线柱流出将电流表接入电路中．
（2）在连接电路时开关应处于断开状态，滑动变阻器的滑片应处于最大值，以免接错，电流过大烧坏用电器．
（3）将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻时，电路中的总电阻变大，电路中的电流减小，滑动变阻器两端的电压减小，电压表的示数变大；要探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，即与电阻并联的电压表示数不变，为保证电阻两端的电压不变，要通过调节滑片，使滑动变阻器两端的电压变大，从而使电阻两端的电压变为原来的值．
（4）电流表指针不发生偏转，电路断路，电压表有偏转，电压表与电源接通，电阻断路．
（5）判断滑动变阻器的使用规格，同时要考虑滑动变阻器的电阻和允许通过的最大电流．
（6）探究电流与电压的关系，根据控制变量法和影响电流的因素，作出正确的分析．

解答 解：（1）电路中的最大电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{4.5V}{5Ω}$=0.9A；则电流表的量程为0～3A；故将电流表“0～3A”的接线柱与开关的右接线柱相连，“-”接线柱与电阻丝的b接线柱相连；滑动变阻器向右移动时，电路中的电流变大，电阻变小，可知滑动变阻器的E接线柱与电源负极相连，如图所示：

（2）为避免接错线路，电流过大烧坏用电器，在连接电路时开关应处于断开状态，滑动变阻器的滑片应处于最大值E处．
（3）将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻时，串联电路的总电阻变大，根据欧姆定律可知电路中电流变小，滑动变阻器分得的电压变小，电阻分得的电压变大；要探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，即与电阻并联的电压表示数不变，所以应调节滑片向F移动，增大滑动变阻器接入电路的电阻，使电压表的示数达到1.5V时，读取电流表示数．因此小李移动变阻器滑片P的目的保持定值电阻两端电压为1.5V不变．
（4）电路连接无误后，闭合开关，发现电流表指针不发生偏转，电压表指针有明显偏转，则电路发生的故障可能是电阻R断路；
（5）当20Ω的电阻接入a、b间时，要控制电压表的示数为1.5V不变，则滑动变阻器两端的电压为4.5V-1.5V=3V，
电路中的电流为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.5V}{20Ω}$=0.075A，
滑动变阻器接入电路中的阻值为R_滑=$\frac{U′}{I}$=$\frac{3V}{0.075A}$=40Ω，
若选用规格为“20Ω，2A”滑动变阻器，无论怎样移动滑片P，电压表的示数始终无法达到1.5V；因此需要选择“50Ω 1A”的滑动变阻器．
（6）在本实验中，因影响电流的因素可能有：导体两端的电压和阻值，若探究电流与电压的关系，应控制电阻的阻值不变，在研究电流跟电阻的关系时，应保持电阻两端的电压不变，这种研究问题的方法叫做控制变量法．
故答案为：（1）见解答图；
（2）断开；E；
（3）左；使定值电阻两端的电压保持不变；
（4）C；
（5）“50Ω 1A”；
（6）电阻的阻值；控制变量法．

点评 本题考查了探究电流跟电阻关系的实验，探究的方法是控制变量法；并且能够根据题目数据选择合适的滑动变阻器，不但考虑滑动变阻器允许通过的电流，也要考虑滑动变阻器的电阻．电路电流不能超过滑动变阻器允许通过的最大电流，滑动变阻器最大电阻稍大于电路需要的电阻，这样，滑动变阻器既能满足电路要求，也能使电路准确获得需要的数据．