Question

2．李明和小亮利用如图（甲）所示的电路探究“电流与电阻的关系”．已知电源电压为6V且保持不变，实验用到的电阻R的阻值分别为10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．

小明根据图（甲）所示电路图，将图（乙）中的实验器材连接成实验电路，小亮在检查时认为，从实验目的来看，实验电路上有一根导线连接错了，建议小明改线．
（1）请在图中将接错的那根线上打“×”，另画一根导线，使电路连接正确．
（2）如果不改接这根导线，对实验的影响是：不能测出待测电阻两端的电压（具体说明是什么影响）．
（3）小明连接实验电路过程中，开关应该处于断开状态，滑动变阻器接入电路的电阻最大．（选填“最大”或“最小”）
（4）小明将电路改接正确后，闭合开关，调节变阻器的滑片到某位置，保持电压表的示数为2.5V，电流表的指示如图（丙）所示，则电流表的读数是0.25 A，连接电路的电阻R的阻值是10Ω．
（5）实验中，若保证电压表的示数为2.5V不变，将定值电阻R的阻值由25Ω更换为15Ω，为了保持电压表的示数不变，应将滑动变阻器的滑片向左（选填“左”或“右”）移动；当定值电阻为10Ω，移动滑动变阻器滑应接入电路的阻值为14Ω．

Answer 1

分析 （1）根据（甲）中电路图，顺着电流的方向连接（乙）中的实物图，电流表测干路电流，电压表测待测电阻R两端的电压，发现电压表的连接出现了问题；
（2）由图知，电压表测量的是电阻和滑动变阻器的总电压，此时电压表的示数几乎等于电源电压；
（3）连接实验电路时，开关应处于断开状态；滑动变阻器的作用是保护电路，通常在连入电路时，滑片处于电阻最大值处；
（4）分清电流表的量程与分度值，读出指针指示的数值，然后利用公式R=$\frac{U}{I}$计算电阻；
（5）要探究电流与电阻的关系，需要改变接入电路的定值电阻的阻值，同时保持两端电压一定；
定值电阻变化，两端电压相应变化，要保持电阻两端电压不变，就要调节滑动变阻器的滑片，调整接入电路的阻值大小；
当定值电阻R的阻值由25Ω换成10Ω时，根据欧姆定律求出此时电路中的电流，根据串联电路的电压特点可知滑动变阻器两端的电压，再根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值．

解答 解：（1）根据电路图连接实物图，发现电压表测的是滑动变阻器与R两端的电压，即电源电压，显然与实验要求不符，应并联在R两端，修改如图所示：

（2）如果不改接这根导线，无论怎么移动滑片，电压表示数始终不变，等于电源电压，这样不能测出待测电阻两端的电压．
（3）连接实验电路时，为了避免短路烧坏电路元件，开关应处于断开状态．
通常在使用前应将电阻值调至最大阻值处，这时，根据欧姆定律公式I=$\frac{U}{R}$可知，电阻越大，电路中的电流就会越小，避免电路中的电流过大烧坏电路元件，才能起到保护电路的作用．
（4）由图知：电流表采用量程是0～0.6A，分度值是0.02A，电流表的读数是0.25A．
电流I=0.25A，电压U=2.5V，
根据欧姆定律I=$\frac{U}{R}$得连接电路的电阻R的阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω．
（5）定值电阻R的阻值由25Ω更换为15Ω，因为串联电路电压与电阻成正比，所以电阻两端电压会减小；要保持电压不变，需要将滑动变阻器的电阻也减小．应将滑动变阻器的滑片向左滑动．
当定值电阻R=10Ω时，电路中的电流：I′=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
滑动变阻器两端的电压U_滑=U₀-U_R=6V-2.5V=3.5V，
根据欧姆定律I=$\frac{U}{R}$得滑动变阻器的阻值：R_滑′=$\frac{{U}_{滑}}{I′}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
故答案为：（1）见上图；（2）不能测出待测电阻两端的电压；（3）断开；最大；（4）0.25；10；（5）左；14．

点评 此题考查探究“电流与电阻的关系”的实验，本题中涉及到了电路的连接、电流表的读数、电阻的计算等知识，综合性强，有关滑动变阻器的应用是本题考查的重点，同时必须对欧姆定律有深入的理解．