Question

10．在探究“电阻一定时，电流与电压的关系”时，实验中可供使用的器材有：
A．电流表（量程0-0.6A）                   B．电压表（量程0-3V，0-15V）
C．定值电阻（阻值为5Ω）                 D．定值电阻（阻值为10Ω）
E．滑动变阻器（10Ω  2A）                F．滑动变阻器（100Ω  1A）
G．干电池两节（一节干电池的电压为1.5V）    
H．开关S一个，导线若干
现利用以上部分器材，探究“电阻一定时，电流与电压的关系”，要求实验过程中电表的最大示数能超过电表量程的一半，同时又考虑操作方便．则：

（1）用来探究的定值电阻R应选阻值为5Ω，滑动变阻器应选10Ω 2A．
（2）如图甲是小明没有连接完的实物电路，请你用画笔画线代替导线将实物图补充完整（要求滑动变阻器滑片向右移动时电阻变大）；
（3）连接好电路，闭合开关后小明发现，电流表示数为0，电压表有示数，移动滑片P，电压表示数几乎不变，则电路出现的故障可能是定值电阻断路．
拓展：在探究“导体电流和电阻关系”时，小刚发现电流表损坏．聪明的小刚借助一个已知电阻和一个单刀双掷开关就解决了这个问题，设计电路如图乙所示，请你将小刚的实验过程补充完整．闭合开关S后：
①将单刀双掷开关拨到1处，将滑片滑到某一位置，读出电压表的示数为U₁；
②将单刀双掷开关拨到2处，保持滑片位置不动，读出电压表示数为U₂，；则通过电阻R的电流I=$\frac{{U}_{2}{-U}_{1}}{{R}_{0}}$．更换电阻R后，应将单刀双掷开关拨到1处，调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为U₁，再重复上述操作．

Answer 1

分析 （1）根据实验过程中电表的最大示数能超过电表量程的一半进行分析．计算出当滑动变阻器为零时通过两电阻的电流，选择电流值能超过量程0～0.6A一半的．根据定值电阻选择滑动变阻器的型号；
（2）结合（1）确定两电表的量程，电压表与电阻变联，电流表串联在电路中，变阻器按一上一下原则接入电路中；
（3）若电流表示数为0，说明电路可能断路；移动滑片P，电压表有示数且不变，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则与电压表并联的电阻断路了；
拓展：在缺少电流表的情况下，探究“导体电流和电阻关系”，要保持不同的定值电阻R的两端电压不变，电压表与定值电阻R₀应起到电流表的测量作用．
将单刀双掷开关拨到1处时，电压表测量的是R两端电压；
保持滑片的位置不动，单刀双掷开关拨到2处时，电压表测量的是R与R₀两端电压，根据电路中各电阻的电压不变，由串联电路电压的规律，求出R₀两端电压，利用欧姆定律可得出通过R的电流；
更换电阻R后，应确保R两端电压不变，重复上面的步骤．

解答 解：
（1）两节干电池串联，电源电压为3V，因为要求实验过程中电表的最大示数能超过电表量程的一半；若选择D，当滑动变阻器的阻值为零时，电路中的电流I=$\frac{U}{R}=\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，刚好是电流表量程（0-0.6A）的一半，若变阻器接入的阻值不为零，则电路中的电流会小于0.3A，不可以选择；
若选择C，当滑动变阻器的阻值为零时，电路中的电流I′=$\frac{U}{R′}=\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，所以电流表选择0～0.6A的量程，故定值电阻选择5Ω电阻；
由以上计算可知，选择最大阻值为10Ω的滑动变阻器便可达到要求，而最大阻值为100Ω太大，不便操作．
（2）由前面的计算可知，电表均选用小量程，电流表串联在电路中，电压表并联在电阻两端，变阻器按“一上一下”原则接入电路中，如下图所示：

（3）电流表示数为0，说明电路可能断路；移动滑片P，电压表有示数且不变，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则电路出现的故障可能是：定值电阻断路；
拓展：在没有电流表的情况下，设计如图乙的电路图；
①将单刀双掷开关拨到1处，将滑片滑到某一位置，读出电压表的示数为U₁；
②将单刀双掷开关拨到2处，保持滑片位置不动，此时电压表测量的是R和R₀两端的总电压，读出电压表示数为U₂；
因电路的连接关系没有改变，各电阻的阻值大小不变，各电阻的电压不变，根据串联电路电压的规律，R₀两端的电压为U₂-U₁，
由欧姆定律可知，通过R₀的电流（即串联电路中的电流）：I=$\frac{{U}_{2}{-U}_{1}}{{R}_{0}}$；
更换电阻R后，应将单刀双掷开关拨到1处，并保持R两端的电压不变，即应该移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数仍然为U₁，再重复上述的操作．

点评 此题探究电流与电压、电阻的关系，考查了实验器材的选择、电路的连接、故障的分析及设计实验方案的能力及控制变量法的运用，最后一问，关键是要明确控制研究对象的电压不变，通过开关的转换测量出电路中的电流大小，难度较大．
1、1小题应选填 字母 好一些；
2、无最终答案…