Question

6．小柯利用如图所示的电路探究电流跟电阻的关系．已知电源电压为6V且保持不变，实验用到的电阻阻值分別为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω

（1）请你根据电路图，用笔画线代替导线在图乙所示的实物电路中补上两根导线，使电路连接完整（要求滑片向右移时，电压表示数变大，不得改动已有的接线）．
（2）小柯连完最后一根导线后就发现两个表的指针发生偏转，并且指针总在晃动，造成上上述现象的原因分别是连接电路时开关未断开，电路某处接触不良．
（3）排除故障后，进行实验，当他将原来5Ω的电阻换成10Ω的电阻后，为使电压表示数保持2.5V不变，应将滑动变阻器的滑片P向A（选填“A”或“B”）端移动．当小柯改用15Ω的电阻继续实验时，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，都无法使电压表的示数达到实验要求的值，聪明的小柯发现原因是滑动变阻器的最大阻值太小，经计算为了完成整个实验，应该选取最大阻值不小于35Ω的滑动变阻器．
（4）最终小柯完成了整个实验，并根据正确的实验数据绘制了图丙所示的电流I随电阻R的变化的图象，由图象可以得出结论：电压一定时，导体中的电流与电阻成反比
（5）实验完成后，老帅叫小柯利用图甲，改变电源电压的值（未知），并去掉电压表，来验证阻值为5Ω的电阻R_x其标示是否准确，于是他进行如下操作：
①把阻值为5Ω的电阻接入电路．
②调节滑动变阻器，使其连入的阻值为最大值50Ω，读出电流表的示数为0.06A．
③调节滑动变阻器，使其连入的阻值为0Ω．读出电流表的示数为0.56A，则R_x的实际值为70Ω

Answer 1

分析 （1）根据丙图可知电路中的最大电流值，判断出电流表选择的量程；电压表并联在定值电路两端，电流表与定值电阻、滑动变阻器串联接入；滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，滑片向右移时电压表示数变大说明定值电阻分担的电压变大，滑动变阻器分担的电压变小，故滑动变阻器接入电路的电阻变小，即右下方接线柱接入电路中；
（2）在连接电路的过程中开关应该断开，且使变阻器处于最大阻值状态；
（3）根据控制变量法的要求与实验电路图分析答题；根据串联电路的电压、电流规律结合欧姆定律计算出电阻最大为25Ω时滑动变阻器的阻值；
（4）分析图丙中图象，曲线上每一点对应的电流和电阻的乘积相等，据此得出结论．
（5）分析电路图，P移至最左端，滑动变阻器连入电阻为0，电路中只有R_x，根据欧姆定律可求电源电压；
P移至最右端，滑动变阻器全连入，R和R_x串联，根据欧姆定律可求电源电压；根据电源电压不变列方程求解．

解答 解：（1）观察图丙可知，实验中电流值最大为0.5A，所以电流表的量程为0～0.6A；
电压表并联在定值电阻两端，滑片P向右移动时示数变大，说明其分担的电压变大，滑动变阻器分担的电压变小，所以滑动变阻器接入电路中的电阻变小，应连接右下方接线柱，如下图所示：

（2）连接电路的过程中应该断开开关，检查无误后方可闭合开关；小刚连完最后一根导线后就发现两个表的指针发生偏转，说明连接电路时开关是闭合的，指针总在晃动，说明某处接触不良．
（3）当将原来5Ω的电阻换成10Ω的电阻后，电阻阻值增大，定值电阻分压增大，滑动变阻器分压减小，为保持定值电阻两端电压不变，应增大滑动变阻器分压，由图示电路图可知，应将滑片向A端移动．
为了顺利完成实验，当改用25Ω的电阻时，滑动变阻器的阻值为：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{R}}{\frac{{U}_{R}}{R}}$=$\frac{6V-2.5V}{\frac{2.5V}{25Ω}}$=35Ω，
滑动变阻器应选用阻值不小于35Ω的滑动变阻器；
（4）分析图丙图象，曲线上每点对应的电流和电阻的乘积都等于2V，由此得出结论：电压一定时，导体中的电流与电阻成反比；
（5）R和R_x串联，根据欧姆定律可得：
U=I₁（R+R_x）--①
③调节滑动变阻器，使其连入电阻为0，记下电流表的示数为I₂．
根据欧姆定律可得：
U=I₂R_x----②
因为电源电压不变，由①②得：
I₂R_x=I₁（R+R_x），
解得：
R_x=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$R=$\frac{0.06A}{0.56A-0.06A}×50Ω$=6Ω．
故答案为：（1）见上图；（2）连接电路时开关未断开；电路某处接触不良；（3）A；35；（4）导体中的电流与电阻成反比；（5）6．

点评 此题是探究电流跟电阻的关系实验，需使电阻两端的电压不变，考查了实验注意事项、故障分析、对图象的分析，同时涉及到了串联电路电流、电压的关系，及欧姆定律的变形应用．