Question

6．小強利用如圖甲所示的電路，實驗探究“保持電壓不變時，電流跟電阻的關系”

實驗器材：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一只，一個開關，三個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω），兩只滑動變阻器（10Ω 2A、20Ω　1A），導線若干．
（1）請根據圖甲所示的電路圖，用筆畫線代替導線把圖乙所示的實物電路連接完整．
（2）實驗中多次改變R的阻值，并得到多組實驗數據，由這些數據得到如圖丙所示的電流I隨電阻R變化的圖象，由圖象可得結論：電壓一定時，電流與電阻成反比．
①在上述實驗中，小強先用5Ω的電阻做實驗后，接著要改用10Ω的電阻繼續(xù)做實驗，應如何具體操作？斷開開關，用10Ω的電阻替換5Ω的電阻，再閉合開關，調節(jié)滑片，觀察電壓表的示數，直到電壓表的示數為2.5V時，讀出電流表的示數
②當小強改用15Ω的電阻繼續(xù)實驗時，發(fā)現無論怎樣移動滑動變阻器的滑片，都無法使電壓表的示數達到實驗要求的值，小強不畏困難，經過認真思考，找出了原因，并利用現有的實驗器材解決了問題，完成了實驗，請你分析“電壓表的示數無法達到實驗要求的值”的原因是滑動變阻器的最大阻值太小
③請你想一想小強解決問題可用到的發(fā)法，并簡要說明理由．
方法換用最大阻值為20Ω的滑動變阻器．
理由：根據$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$得：R_滑=12Ω．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器和電阻串聯即可；
（2）由圖象找出電流與電阻的對應關系，然后分析當電壓不變時，電流與電阻的關系；
①根據圖象丙求出電阻兩端的電壓，實驗過程中更換電阻時，要先斷開開關，取下原來的電阻，換上阻值較大的電阻，然后調節(jié)滑動變阻器滑片，保持電阻兩端電壓不變；
②根據滑動變阻器的最大阻值與定值電阻阻值間的關系，由串聯電路的分壓原理分析電壓表不能達到要求的原因；
③由串聯電路的分壓原理分析電壓表不能達到要求的原因，然后提出改進措施．

解答 解：（1）滑動變阻器和電阻串聯，如下圖：

（2）由圖丙所示圖象可知：在電壓不變的情況下，通過電阻的電流與電阻值的乘積不變，是一個定值，這說明：電壓一定時，電流與電阻成反比；
①由圖丙可知，電阻兩端的電壓U=IR=0.5A×5Ω=2.5V；
探究電流和電阻的關系，應控制電阻兩端的電壓保持不變，所以要改用10Ω的電阻繼續(xù)做實驗，接下來的操作是：斷開開關，用10Ω的電阻替換5Ω的電阻，再閉合開關，調節(jié)滑片，觀察電壓表的示數，直到電壓表的示數為2.5V時，讀出電流表的示數；
②由于滑動變阻器的最大阻值太小，把滑動變阻器阻值全部接入電路時，滑動變阻器分得的電壓還是較小，不能使電阻兩端達到要求的值；
③方法：換用最大阻值為20Ω的滑動變阻器，
理由：根據$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$得：R_滑=12Ω，故選用“20Ω 1A”的滑動變阻器．
故答案為：（1）如上圖；（2）①斷開開關，用10Ω的電阻替換5Ω的電阻，再閉合開關，調節(jié)滑片，觀察電壓表的示數，直到電壓表的示數為2.5V時，讀出電流表的示數；②滑動變阻器的最大阻值太��；③換用最大阻值為20Ω的滑動變阻器；根據$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$得：R_滑=12Ω．

點評 本題考查了連接實物電路圖、實驗數據處理、實驗操作分析、實驗操作改進等問題，實驗操作分析及實驗改進措施是本題的難點，要根據串聯電路的分壓原理認真分析，然后提出改進措施．