Question

3．在“探究一定电压下，电流与电阻的关系”的实验中，老师提供的实验器材有：电源（电压恒为4.5V），电流表、电压表各一个，开关一个，四个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），滑动变阻器，导线若干，实验中控制电阻R两端的电压为2V不变．

（1）请根据图甲的电路图用笔画线将图乙实物图连接完整．
（2）为完成整个实验，应该选取最大阻值不小于25Ω的滑动变阻器．
（3）连好电路闭合开关，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电压表有示数，电流表没有示数，则故障可能是R断路．
（4）实验中将定值电阻R的阻值由5Ω依次更换为10Ω、15Ω、20Ω，为使电压表的示数不变，则每次闭合开关后都应该将滑动变阻器的滑片P依次向F（选填“E”或“F”）端移动．
（5）实验中变阻器滑片的作用是：保护电路、改变电阻两端的电压．

Answer 1

分析 （1）根据电路图连接实物，注意导线不要交叉和电表量程选择适当；
（2）由欧姆定律求出最大阻值的滑动变阻器接入电路时的电路电流，然后由串联电路特点及欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的阻值，然后选择滑动变阻器；
（3）连好电路闭合开关，发现电压表有示数，电流表无示数，则故障可能是电阻发生断路；
（4）根据串分压的知识，先判断出改接后电压表的示数变化，然后判断滑片的移动方向；
（5）在研究导体中的电流与电压的关系时，要保持导体的电阻不变，利用滑动变阻器来改变导体两端的电压．

解答 解：（1）由于当5Ω的电阻接入电路时，电路电流最大为I_最大=$\frac{{U}_{R}}{{R}_{1}}$=$\frac{2V}{5Ω}$=0.4A，故电流表量程选0.6A，则根据电路图，连接实物电路，如图所示：

（2）当20Ω的电阻接入电路时，电路电流I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，
此时由于电压表的示数不变，则滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_R=4.5V-2V=2.5V，
滑动变阻器接入电路的阻值R_最大=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.5V}{0.1A}$=25Ω，则应选规格为“25Ω  1A”的滑动变阻器；
（3）连好电路闭合开关，发现电压表有示数，电流表无示数，则故障可能是电阻发生断路；
（4）改接10Ω的电阻后，电压表的示数变大，则应增大滑动变阻器的阻值，将滑片向右端即F端滑动，使电压表的示数保持2.5V不变；
（5）该实验中滑动变阻器的作用是：保护电路、改变电阻两端的电压．
故答案为：
（1）如上图所示；
（2）25；
（3）R断路；
（4）F；
（5）保护电路、改变电阻两端的电压．

点评 解决本题的关键：一是知道滑动变阻器在本实验中的作用和使用，二是会根据控制变量法设计实验和分析实验数据得出结论．