Question

13．用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材探究“電流與電阻的關(guān)系”．電源電壓恒為3V，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“200Ω 2A”字樣，電阻箱分別可調(diào)為50Ω、100Ω、200Ω、500Ω等阻值．

（1）根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，連接電路前開關(guān)應(yīng)斷開，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器應(yīng)滑到最右 （選填“左”或“右”）端．
（2）正確連接電路后將電阻箱調(diào)為50Ω，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表無(wú)示數(shù)而電壓表有示數(shù)且近似為3V，則電路中的故障可能是C．
A．電流表短路    B．電壓表開路    C．電阻箱開路    D．電阻箱短路
排除故障后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)電路中的電流為0.04A．
（3）將電阻箱由50Ω調(diào)為100Ω，閉合開關(guān)，為了保持電壓表的示數(shù)為2V不變，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向右 （選填“左”或“右”）移動(dòng)，記錄此時(shí)各表的示數(shù)．
（4）將電阻箱由100Ω調(diào)為200Ω，重復(fù)步驟（3），記錄多組數(shù)據(jù)如表所示．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	電阻箱阻值/Ω	電流表示數(shù)/mA
1	50	（2）
2	100	20
3	200	10

分析數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．
（5）下課后，以為同學(xué)問(wèn)老師是否能將電阻箱調(diào)為500Ω或更大再進(jìn)行試驗(yàn)？老師回答不能并為該同學(xué)解釋不能更換的原因．請(qǐng)你說(shuō)說(shuō)該原因是：滑動(dòng)變阻器的最大阻值為200Ω，無(wú)法保持定值電阻兩端電壓始終為2V．

Answer 1

分析 （1）為保護(hù)電路，連接電路時(shí)，應(yīng)斷開開關(guān)，一般情況下將滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值應(yīng)為最大阻值；
（2）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電流表的無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)且近似為3V，說(shuō)明電路出現(xiàn)斷路，并且斷路在電壓表兩接線柱之間；由圖示電流表確定其量程與分度值，然后讀出其示數(shù)；
（3）探究電流與電阻之間的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)分壓的知識(shí)，將50Ω電阻換為100Ω后，電壓表的示數(shù)變大，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)不變；
（4）分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)控制的變量與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后得出結(jié)論；
（5）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)確定定值電阻兩端的電壓，由歐姆定律及串聯(lián)電路的電壓規(guī)律求出若換用500Ω的定值電阻時(shí)所需滑動(dòng)變阻器的阻值，結(jié)合變阻器的規(guī)格便可得出結(jié)論．

解答 解：（1）連接電路的過(guò)程中，開關(guān)須斷開；滑動(dòng)變阻器應(yīng)該串聯(lián)在電路中，開關(guān)閉合前，應(yīng)將滑片調(diào)到阻值最大處即右端；
（2）閉合開關(guān)，無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片，且電壓表始終為電源電壓，電流表示數(shù)為零，說(shuō)明電壓表串聯(lián)在了電路中，電流太小電流表顯示不出來(lái)，則故障的原因可能是電阻箱斷路，選C；）電流表選擇0～100mA量程，每一個(gè)大格代表20mA，每一個(gè)小格代表2mA，由指針位置可知此時(shí)電流為40mA即0.04A；
（3）探究電流與電阻之間的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變，將50Ω、100Ω、200Ω的電阻依次換接入電路中，則電壓表的示數(shù)變大，為保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器的阻值，將滑片向右端滑動(dòng)，使電壓表的示數(shù)保持U=I R=0.04A×50Ω=2V不變；
（4）由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在電壓一定時(shí)，電流與電阻的乘積是一個(gè)定值，即電流與電阻成反比，由此可得：保持電壓不變時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比；
（5）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可知，電阻兩端的電壓為：
U=2V；
當(dāng)定值電阻為500Ω時(shí)，
因?yàn)?\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
即$\frac{2V}{3V-2V}$=$\frac{500Ω}{{R}_{滑}}$，
解得：R_滑=250Ω
由于滑動(dòng)變阻器的最大阻值為200Ω，無(wú)法保持定值電阻兩端電壓始終為2V．
故答案為：（1）斷開；右；（2）C；0.04：；（3）2；右；（4）反；（5）滑動(dòng)變阻器的最大阻值為200Ω，無(wú)法保持定值電阻兩端電壓始終為2V．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究電流和電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，考查了控制變量法的應(yīng)用，考查了電流表的讀數(shù)及電阻的計(jì)算，涉及到了串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系及歐姆定律的靈活應(yīng)用．