Question

8．现在做探究“电阻一定时，电流与电压的关系”的实验．实验中可供使用的器材有：
A．电流表（量程0～0.6A，0～3A）
D．电压表（量程0～3V，0～15V）
C．定值电阻R₁（阻值为30Ω ）
D．定值电阻R₂  （阻值为10Ω ）
E．滑动变阻器R_l′（10Ω，2A ）
F．滑动变阻器R₂′（100Ω，1A）
G．干电池二节（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达到电流表量程的一半，同时又考虑操作的方便，则：
（1）用来探究的定值电阻R应选D，滑动变阻器R′应选E（选填实验器材前的字母代号），电流表的量程宜选0～0.6A．
（2）根据实验要求，在如图1所示的虚线框内，正确画出实验所需的电路图．（其中，部分电路已画出）
（3）根据所画的电路图，用笔画线代替导线将图2实物图连接起来，要求滑动变阻器的滑片P向左滑动时阻值变小，使之成为符合实验要求的电路．（其中，部分导线已连好）
（4）某小组的同学还想通过此连接好的电路测量所选定值电阻的阻值．如果要比较精确测量所选定值电阻的阻值，要求电表的指针至少达到量程的三分之一，同时又要防止损坏电表，那么滑动变阻器连入电路中的阻值变化范围是0～5Ω．

Answer 1

分析 （1）根据实验过程中电表的最大示数能达到电表量程的一半进行分析，计算出当滑动变阻器阻值为零时通过两电阻的电流，选择电流值能达到量程0～0.6A一半的定值电阻，再结合操作的方便性选择滑动变阻器的规格．
（2）要掌握此实验中电路图的画法，其中电流表、电阻、滑动变阻器串联，电压表与电阻并联．
（3）根据电路图连接实物图．在连接过程中注意电压表、电流表的量程和正负接线柱的接法及滑动变阻器的接法，滑动变阻器要接一上一下．
（4）根据题意判断出电流的最大值和最小值及电压表的最大值和最小值，然后根据欧姆定律及串联电路的知识进行计算滑动变阻器阻值变化范围．

解答 解：
（1）由于电源电压为3V，电路中电流比较小，所以电流表应选择0～0.6A的量程；
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C，当滑动变阻器的阻值为零时，电路中的最大电流I=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A，小于电流表量程的一半，故不可以选择C；
若选择D，当滑动变阻器的阻值为零时，电路中的最大电流I′=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，刚好是电流表量程的一半，所以可以选择D；
由前面计算可知，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，不便于操作，故滑动变阻器R′应选E．
（2）根据实验要求，定值电阻、滑动变阻器、电流表应串联，电压表与电阻R并联，电路图如图所示：

（3）已知滑动变阻器的滑片P向左滑动时滑动变阻器的阻值变小，说明滑动变阻器滑片左侧电阻丝接入电路，所以需要连接左下方的接线柱和上方任一接线柱；电流表、电压表均选择小量程，实物电路连接如下：

（4）当滑动变阻器的阻值为零时，电压表示数为3V，电路中的最大电流I′=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，电流表和电压表示数均未超过其量程，所以滑动变阻器的阻值能调节为0Ω；
因为要求电表的指针至少达到量程的三分之一，所以电压表示数应不小于1V，电流表示数不小于0.2A．
当电压表示数为最小为1V时，则电路中的电流I=I_R=$\frac{{U}_{R小}}{R}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，即电流表示数为0.1A，不满足要求；
由前面分析可知，电路中的电流最小应为0.2A；
根据欧姆定律可得，电路的最大总电阻：R_总最大=$\frac{U}{{I}_{最小}}$=$\frac{3V}{0.2A}$=15Ω；
根据串联电路的电阻特点可知，变阻器接入电路的最大阻值：R_滑大=R_总最大-R=15Ω-10Ω=5Ω；
因此滑动变阻器的变化范围应为0～5Ω．
故答案为：（1）D，E，0～0.6；（2）如上面图1所示；（3）如上面图2所示；（4）0～5．

点评 本题是探究“电阻一定时，电流与电压的关系”的实验，考查了学生对电表量程、电路元件的选择，分析起来难度比较大一些，属于难点内容；本题还考查了有关电路图和实物电路的连接以及滑动变阻器阻值变化范围的求法．