Question

17．小明利用如圖甲所示的電路探究電流跟電阻的關系．已知電源電壓為6V且保持不變，實驗用到的電阻阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．

（1）請根據(jù)圖甲將圖乙所示的實物電路連接完整（導線不允許交叉）．
（2）在此實驗中滑動變阻器的作用是保護電路和控制電阻兩端的電壓不變．
（3）連好電路以后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，電流表沒示數(shù)，則故障可能是電阻R斷路．
（4）實驗中多次改變R的阻值，記下電流表的示數(shù)，得到如圖丙所示的電流I隨電阻R變化的圖象．
①由圖象可以得出結論：電壓一定時，導體中的電流與電阻成反比．
②上述實驗中，小明用5Ω的電阻做完實驗后，接下來的操作是斷開開關，將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，然后將10Ω的電阻接入電路，閉合開關，移動滑片，使電壓表示數(shù)為2.5 V時，讀出電流表的示數(shù)．
（5）為完成整個實驗，應該選取最大阻值不小于35Ω的滑動變阻器．

Answer 1

分析 （1）將滑動變阻器與電阻串聯(lián)，且要接一上一下，電壓表與電阻并聯(lián)；
（2）滑動變阻器的基本作用是保護電路，探究電流與電阻的關系，需保持電阻兩端的電壓不變，這是滑動變阻器的主要作用；
（3）閉合開關電流表無示數(shù)，則可能電路斷路，電壓表有示數(shù)，則與電壓表并聯(lián)的電路斷路；
（4）①分析圖丙中圖象，曲線上每一點對應的電流和電阻的乘積相等，據(jù)此得出結論；
②在更換元件時，應先斷開開關，閉合開關前，應將滑片移至最大阻值處，將5Ω的電阻更換為10Ω的電阻接入電路后，應調節(jié)滑動變阻器接入電路中的電阻，使電壓表的示數(shù)達到原來的示數(shù)不變，可根據(jù)圖象上任意一點對應的電流和電阻值，由U=IR計算出電壓值；
（5）由圖3找出實驗時電路的最小電流，由串聯(lián)電路的特點及歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，據(jù)此確定滑動變阻器的最大阻值．

解答 解：（1）將滑動變阻器與電阻串聯(lián)，變阻器已接了下面一個接線柱，可再接上面任意一個接線柱，將電壓表與燈泡并聯(lián)，如圖所示：

（2）在此實驗中滑動變阻器的作用是保護電路和控制電阻兩端的電壓不變；
（3）閉合開關，電流表沒示數(shù)，則可能是電路有斷路處，電壓表有示數(shù)，則與電壓表并聯(lián)之外的電路完好，與電壓表并聯(lián)的電阻R斷路；
（4）①分析圖丙圖象，曲線上每點對應的電流和電阻的乘積都等于2.5V，由此得出結論：電壓一定時，導體中的電流與電阻成反比；
②由圖丙知，當R=5Ω時，電路中的電流I=0.5A，所以電阻兩端的電壓U=IR=0.5A×5Ω=2.5V；
在換接電阻時，應先斷開開關，閉合開關前將滑片移至最大阻值處，將5Ω的電阻更換為10Ω的電阻接入電路后，閉合開關，調節(jié)變阻器的阻值，使電壓的示數(shù)達到2.5V；
（5）由圖丙知，電路的最小電流I=0.1A，此時滑動變阻器接入電路的阻值最大，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U_R=6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動變阻器接入電路的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω，
即滑動變阻器的阻值不能小于35Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）保護電路和控制電阻兩端的電壓不變；（3）電阻R斷路；
（4）①導體中的電流與電阻成反比；斷開開關，將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處；2.5；（5）35．

點評 本題是探究電流與電阻關系的實驗，考查了對控制變量法的應用，特別要掌握利用滑動變阻來控制電壓的操作方法，通過實驗探究考查了電學元件的使用、分析圖象獲取信息的能力，難度適中，但需認真、細心分析．