Question

17．張揚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(jù)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(shù)據(jù)，由這些數(shù)據(jù)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(jié)論：保持電壓不變時，電流跟電阻成反比．
①在上述實驗中，張揚先用5Ω的電阻做完實驗后，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，把滑片P移到A端，用10Ω的電阻替換5Ω的電阻，閉合開關，移動滑片P的位置，并觀察電壓表的示數(shù)變化，直到電壓表的示數(shù)為2.5V時，讀出電流表的示．
②當張揚改用15Ω的電阻繼續(xù)實驗時，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑動變阻器的滑片，都無法使電壓表的示數(shù)達到實驗要求的值．小強不畏困難，經(jīng)過認真思考，找出了原因，并利用現(xiàn)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(shù)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�。�
并請你想一想張揚解決問題可能用到的兩種方法：
方法一：換用阻值較大的滑動變阻器；方法二：在電路中再串聯(lián)一個5Ω的定值電阻．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器與待測電阻串聯(lián)接入電路即可．
（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(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，保持電阻兩端電壓不變；②根據(jù)滑動變阻器的最大阻值與定值電阻阻值間的關系，由串聯(lián)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）把定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)接入電路即可完成電路連接，電路圖如圖所示：

（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：在電壓不變時，電流與電阻成反比；
①更換電阻正確的操作是：斷開開關，把滑片P移到A端，用10Ω的電阻替換5Ω的電阻；閉合開關，移動滑片P的位置，并觀察電壓表的示數(shù)變化；直到電壓表的示數(shù)為2.5V時，讀出電流表的示數(shù)．
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；改進方法：
方法一：換用最大阻值為20Ω的滑動變阻器，
理由：根據(jù)$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$，得：R_滑=12Ω，故選用“20Ω 1A”的滑動變阻器．
方法二：在電路中再串聯(lián)一個5Ω的定值電阻，
理由：根據(jù)$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{4.5V-2.5V}{R′}$，得R′=12Ω，
而12Ω可用5Ω的定值電阻與“10Ω 2A”的變阻器串聯(lián)，通過調(diào)節(jié)滑片P來獲得．
故答案為：（1）電路圖如圖所示；（2）保持電壓不變時，電流跟電阻成反比；①斷開開關，把滑片P移到A端，用10Ω的電阻替換5Ω的電阻；閉合開關，移動滑片P 的位置，并觀察電壓表的示數(shù)變化；直到電壓表的示數(shù)為2.5V時，讀出電流表的示數(shù)．②滑動變阻器的最大阻值太��；方法一：換用最大阻值為20Ω的滑動變阻器，理由：根據(jù)$\frac{2.5V}{15Ω}$=$\frac{4.5V-2.5V}{{R}_{滑}}$，得：R_滑=12Ω，故選用“20Ω 1A”的滑動變阻器．方法二：在電路中再串聯(lián)一個5Ω的定值電阻．

點評 本題考查了連接實物電路圖、實驗數(shù)據(jù)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(jù)串聯(lián)電路的分壓原理認真分析，然后提出改進措施．