Question

13．李明和小亮利用如图（甲）所示的电路探究“电流与电阻的关系”．已知电源电压为6V且保持不变，实验用到的滑动变阻器标有“30Ω 1A”，定值电阻R的阻值分别为10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．
（1）李明根据图（甲）所示电路图，将图（乙）中的实验器材连接成实验电路，小亮在检查时认为，从实验目的来看，实验电路上有一根导线连接错了，建议李明改线．
①请在接错的那根线上打“×”；②另画一根导线，使电路连接正确；
③如果不改接这根导线，对实验的影响是：测不出电阻R两端的电压（具体说明是什么影响）．

（2）小亮连完最后一根导线后就发现两个表的指针发生偏转，并且指针总在晃动，造成上述现象的原因分别是连接电路时开关未断开、电路某处接触不良．
（3）排除故障后，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V，读出并记下电流值；再将5Ω的电阻改接成10Ω的电阻，发现电压表示数大于2.5V（选填“大于”“等于”或“小于”），于是他下一步的操作是：将滑动变阻器的滑片向右（填“左”或“右”）移动，使电压表的示数为2.5V并记下电流值；再改接20Ω的电阻，重复上述实验．分析实验数据得到的结论是在电压一定时，通过导体中的电流与导体的电阻成反比．
（4）实验中，若保持电压表的示数为2.5V不变，将定值电阻R的阻值由20Ω更换为25Ω时，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电压表示数都不能为设定值；这是因为滑动变阻器最大阻值太小．为了使实验能够顺利完成，在保证现有器材不变的情况下，写出一个解决问题的方法是减小电源电压或换最大阻值较大的滑动变阻器等．
（5）李明在实验中调节变阻器的滑片到某位置，保持电压表的示数为2.5V，电流表的指示如图（丙）所示，则电流表的读数是0.25A，连接电路的电阻R的阻值是10Ω．

Answer 1

分析 （1）由图可知，电流表测通过R_x的电流，电压表测R_x和电流表两端的电压之和，实验时电压表应测R_x两端的电压，根据欧姆定律分析图3电路图对实验的影响；
（2）在连接电路的过程中开关应该断开，且使变阻器处于最大阻值状态．
（3）探究“电流跟电压、电阻的关系”实验重点的是考查控制变量法，研究电流跟电压关系时，控制电阻不变，研究电流跟电阻关系时要保持电压不变．在连接电路的过程中开关应该断开，且使变阻器处于最大阻值状态．
（4）要探究电流与电阻的关系，需要改变接入电路的定值电阻的阻值，同时保持两端电压一定；定值电阻变化，两端电压相应变化，要保持电阻两端电压不变，就要调节滑动变阻器的滑片，调整接入电路的阻值大小；
当定值电阻R的阻值由20Ω换成25Ω时，根据欧姆定律求出此时电路中的电流，根据串联电路的电压特点可知滑动变阻器两端的电压，再根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值．
（5）分清电压表与电流表的量程与分度值，读出指针指示的数值，然后利用公式R=$\frac{U}{I}$计算电阻．

解答 解：（1）由电路图可知，电压表并联在电阻与滑动变阻器的两端，电压表连接错误，应并联在R_x两端，电路图如图所示：

图中电流表的是准确的，电压表示数会偏大，由R=$\frac{U}{I}$可知，实验中测出R_x的阻值偏大；
（2）连接电路的过程中应该断开开关，检查无误后方可闭合开关；小刚连完最后一根导线后就发现两个表的指针发生偏转，说明连接电路时开关是闭合的，指针总在晃动，说明某处接触不良．
（3）排除故障后，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V，读出并记下电流值；再将5欧的电阻改接成10欧的电阻，发现电压表示数大于2V，要想保持电压不变，他下一步的操作是：将滑动变阻器的滑片向右移，使电压表的示数为2.5V，并记下电流值；再改接20欧的电阻，重复上述实验．此实验得到的结论是：在电压一定时，通过导体中的电流与导体的电阻成反比．
（4）实验中，若保持电压表的示数为2.5V不变，当定值电阻R的阻值由20Ω换成25Ω时，
电路中的电流：I′=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2.5V}{25Ω}$=0.1A，
滑动变阻器的阻值：R_滑′=$\frac{U-{U}_{R}}{I′}$=$\frac{6V-2.5V}{0.1A}$=35Ω＞30Ω，
由此可知，滑动变阻器的最大阻值太小，不能达到分压要求；
为了使实验顺利完成，应增大滑动变阻器的最大阻值，在保证现有器材不变的情况下，可将其他任意一定值电阻与滑动变阻器串联，等效为一个阻值更大的滑动变阻器，即方法为：将其他任意一定值电阻串联在电路中，移动滑动变阻器滑片，使得电压表的示数为2.5V不变，读出电流表的示数即可．
（5）由图知：电流表采用量程是0～0.6A，分度值是0.02A；所以电压U=2.5V，电流I=0.25A；根据欧姆定律得：R_x=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω．
故答案为：（1）如图；测不出电阻R两端的电压；（2）连接电路时开关未断开；电路某处接触不良；（3）大于；右；电压表的示数为2.5V；在电压一定时，通过导体中的电流与导体的电阻成反比；（4）滑动变阻器最大阻值太小；减小电源电压或换最大阻值较大的滑动变阻器等；（5）0.25；10．

点评 本题是“伏安法”测定电阻阻值的实验，考查了电压表的连接，滑动变阻器的作用，电流表、电压表的读数及电阻的计算，同时考查了减小误差的方法和实验误差的分析，必须对欧姆定律有深入的理解．