Question

13．在研究“導(dǎo)體電流與電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們利用了阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω的定值電阻和變阻器進(jìn)行了探究，變阻器規(guī)格是“10Ω　1A”，電源電壓4.5V且保持不變．

（1）用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖甲中電路連接完整．
（2）正確連線后，閉合開(kāi)關(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片電流表指針幾乎不動(dòng)，電壓表指針向右偏轉(zhuǎn)且超過(guò)滿(mǎn)刻度，原因可能是定值電阻斷路．
（3）先接入15Ω的電阻，調(diào)節(jié)滑片使電壓表示數(shù)為3V，觀察到電流表示數(shù)如圖丙所示，則電流表示數(shù)為0.2A；用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，應(yīng)將滑片向左端（選填“左”或“右”）移動(dòng)，才能使電壓表示數(shù)保持3V，并記錄下電流表示數(shù)為0.3A；用5Ω電阻代替10Ω電阻接入電路，正確操作，電流表示數(shù)為0.6A．分析三次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出電流與電阻的關(guān)系是電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比．
（4）王強(qiáng)同學(xué)繼續(xù)探究：他用了30Ω的定值電阻代替原來(lái)的電阻實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片都不能滿(mǎn)足電壓表示數(shù)為3V，原因是滑動(dòng)變阻器的最大阻值太小，要使電壓表示數(shù)保持3V，需要更換的變阻器的最大阻值最少為15Ω．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)測(cè)定值電阻兩端電壓，由此連圖；
（2）閉合開(kāi)關(guān)電流表無(wú)示數(shù)可能是電路斷路；電壓表示數(shù)超過(guò)量程，說(shuō)明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外部分，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：定值電阻斷路；
（3）根據(jù)電流表量程和分度值讀出丙圖中其示數(shù)；研究導(dǎo)體電流與電阻關(guān)系中要保持R兩端電壓不變，10Ω電阻代替15Ω電阻后，根據(jù)分原滑片的移動(dòng)方向；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)和分壓原理求出變阻器的最大阻值最少為多少．

解答 解：（1）研究“導(dǎo)體電流與電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)測(cè)量定值電阻兩端的電壓，電壓表并聯(lián)在定值電阻的兩端，如下圖所示：

（2）電路正確連接后，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P，電流表無(wú)示數(shù)，但電壓表示數(shù)有示數(shù)且很大，則故障原因可能是定值電阻斷路了；
（3）由圖丙，電流表的量程為0-0.6A，分度值0.02A，示數(shù)為0.2A；此時(shí)R兩端電壓為3V，因?yàn)樘骄繉?dǎo)體電流與電阻關(guān)系中要保持R兩端電壓不變，當(dāng)用10Ω電阻代替15Ω電阻接入電路，根據(jù)分壓原理，定值電阻的電壓減小，要保持定值電阻的電壓不變，應(yīng)增大定值電壓，減小滑動(dòng)變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值大小，所以，應(yīng)調(diào)節(jié)滑片向左移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)保持不變；
（4）由題意知，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓應(yīng)為U_滑=4.5V-3V=1.5V，所以變阻器分得電壓的為定值電阻的電壓$\frac{1.5V}{3V}$=$\frac{1}{2}$倍，根據(jù)分壓理，變阻器連入電路中的阻值大小為定值電阻的$\frac{1}{2}$，即R_變的最大阻值至少為
$\frac{1}{2}$×30Ω=15Ω．
故答案為：（1）見(jiàn)上圖；
（2）定值電阻斷路；
（3）0.2；左；
（4）15．

點(diǎn)評(píng) 本題研究“導(dǎo)體電流與電阻關(guān)系”，考查電路的連接、故障的分析、操作過(guò)程、控制變量法及對(duì)器材的要求，有一定難度．