Question

12．小明利用如圖甲所示的電路探究“電流跟電阻的關(guān)系”．已知電源電壓為6V且保持不變，實(shí)驗(yàn)用到的電阻阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω．

（1）閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，而電壓表有示數(shù)，原因可能是R斷路．
（2）排除故障后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中多次改變R的阻值，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表示數(shù)保持不變，記下電流表的示數(shù)，得到如圖乙所示的電流隨電阻R變化的圖象；
①請?jiān)趫D象上用一塊陰影部分面積表示實(shí)驗(yàn)時(shí)R兩端電壓數(shù)值的大小．
②上述實(shí)驗(yàn)中，小明用5Ω的電阻做完實(shí)驗(yàn)后，然后將10Ω的電阻接入電路，此時(shí)應(yīng)該向左（選填“左”或“右”）移動(dòng)滑片．
（3）實(shí)驗(yàn)室提供了三個(gè)不同規(guī)格的滑動(dòng)變阻器：A：“30Ω  2A”，B：“50Ω  1A”，C：“100Ω  0.1A”，要完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取滑動(dòng)變阻器B（填代號）．
（4）小明還想測一電阻R_X的阻值，但電壓表出現(xiàn)了故障不能使用，他用原有的電流表、滑動(dòng)變阻器，增添一個(gè)定值電阻R₀和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，設(shè)計(jì)了如圖24所示的電路．測量時(shí)，閉合S₁，將S₂撥到l，電流表的示數(shù)為I₁；將S₂撥到2，電流表的示數(shù)為I₂，小明說待測電阻R_x=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$．老師說該設(shè)計(jì)不合理，原因是開關(guān)從1撥向2時(shí)，R_X兩端電壓發(fā)生了變化．

Answer 1

分析 （1）電流表無示數(shù)，說明電路中有斷路的地方，電壓表有示數(shù)，說明電壓表兩接線柱與電源兩極相連；
（2）①根據(jù)歐姆定律的變形公式U=IR可知，R兩端電壓數(shù)值的大小等于曲線上一點(diǎn)對應(yīng)的電流和電阻的乘積；
②將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時(shí)，電路中的總電阻變大，電路中的電流減小，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓減小，電壓表的示數(shù)變大；要探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，為保證電阻兩端的電壓不變，要通過調(diào)節(jié)滑片，使滑動(dòng)變阻器兩端的電壓變大，從而使電阻兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼闹担?br />（3）實(shí)驗(yàn)中電壓表的示數(shù)2V不變，根據(jù)歐姆定律求出電阻為5Ω、10Ω、20Ω時(shí)電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻即可得出所選取滑動(dòng)變阻器的規(guī)格．
（4）由于滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，當(dāng)開關(guān)S₂由1撥到2時(shí)，電阻兩端的電壓發(fā)生變化，而實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為電阻兩端電壓不變，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)電路圖設(shè)計(jì)不合理．

解答 解：（1）電流表物示數(shù)，說明電路斷路，電壓表有示數(shù)，說明電壓表兩接線柱與電源兩極相連，即電阻R斷路；
（2）①電阻R兩端電壓數(shù)值的大小等于曲線上一點(diǎn)對應(yīng)的電流和電阻的乘積，故用一塊陰影部分面積表示，如圖所示：

②將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時(shí)，串聯(lián)電路的總電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流變小，滑動(dòng)變阻器分得的電壓變小，電阻分得的電壓變大；要探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，所以應(yīng)調(diào)節(jié)滑片向左移動(dòng)，增大滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數(shù)達(dá)到2V時(shí)，讀取電流表示數(shù)．
（3）電壓表的示數(shù)2V不變，R的阻值為5Ω、10Ω、20Ω時(shí)，根據(jù)I=$\frac{{U}_{R}}{R}$可得，對應(yīng)的電流依次為0.4A、0.2A、0.1A，因?yàn)殡娐分须娏鞔笥?.1A，所以不選C；
滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，根據(jù)R_滑=$\frac{{U}_{R}}{I}$可得，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻依次為10Ω、20Ω、40Ω，因此A規(guī)格滑動(dòng)變阻器的阻值范圍太小，所以不選A；而B規(guī)格的滑動(dòng)變阻器符合要求，故選B．
（4）在該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中：由于滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，當(dāng)S₂由1撥到2時(shí)，電阻兩端的電壓發(fā)生變化，而實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為電壓不變，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤，該實(shí)驗(yàn)存在缺陷，設(shè)計(jì)不合理．．
故答案為：（1）R斷路；（2）②左；（3）B；（4）開關(guān)從1撥向2時(shí)，R_X兩端電壓發(fā)生了變化．

點(diǎn)評 本題考查了連接電路圖、分析圖象找出電流與電阻的關(guān)系、滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)、求滑動(dòng)變阻器的阻值等問題，由圖象丙找出電流與電阻的對應(yīng)關(guān)系、熟練掌握串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律是正確解題的關(guān)鍵．