Question

3．小华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，滑动变阻器的铭牌上是“2A50Ω”的．

（1）请根据图甲，用笔画线代替导线将图乙所示的实物电路连接完整．闭合开关前，滑片P应当移至最右端（选填“左”或“右”）．
（2）为完成整个实验，应利用滑动变阻器控制R两端的电压至少保持4V不变．
（3）连好电路闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，则故障可能电压表断路或定值电阻短路．
（4）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”）；当定值电阻为10Ω时，移动滑动变阻器滑片应使接入的阻值为14Ω．
（5）小华又将乙图中的电阻R换成标有“2.5V”的小灯泡，图丙是使该灯泡正常发光时的电流表的示数，则该灯泡的额定功率为0.5W．
（6）将R换成插有铁心的螺线管，则当滑片P向左滑动时，它能够吸起大头针的数量将增多．

Answer 1

分析 （1）电流表串联在电路中，根据题中可知电路中的电流大小确定其量程，接入电路；闭合开关前将滑片滑动阻值最大处；
（2）将电阻接入电路，与滑动变阻器分压，应该移动滑片保持定值电阻两端电压不变；
（3）连好电路闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，故障可能是电压表断路或定值电阻短路；
（4）当将大电阻换成小电阻，电路中电阻减小，电路中电流增大，由欧姆定律可知定值电阻两端电压增大，据此分析解答；
（5）看清量程和分度值，读出示数，利用P=UI求出灯的功率；
（6）先判断出电流的变化，再利用电磁铁磁性与电流关系分析解答．

解答 解：（1）根据电路图连接实物，电流表串联在电路中，当电路中接入最小电阻，滑动变阻器接入电阻为零时，
电路中的电流最大为：I_max=$\frac{U}{R}$=$\frac{6V}{10Ω}$=0.6A，故电路连接如图：

开关闭合前，滑片应该滑到最值最大处，由电路图可知滑片应该移至最右端；
（2）当定值电阻接入最大为25Ω时，滑片处于最大阻值处，
则电路中的总电阻为R=25Ω+50Ω=75Ω，
电路中的电流最小为I_min=$\frac{U}{{R}_{总}}$=$\frac{6V}{75Ω}$=0.08A；
故滑动变阻器两端的最小电压为：U′=I_minR_滑=0.08A×50Ω=4V；
（3）连好电路闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，故障可能是电压表断路或定值电阻短路；
（4）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，根据串联电路电压与电阻关系可知，定值电阻两端电压会变小，滑动变阻器两端电压增大，为了保持电压表的示数不变，应将滑动变阻器的滑片向左滑动，直到电压表示数为2.5V；
当当定值电阻为10Ω时，电路中的电流为：I″=$\frac{U″}{R″}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
由于分压作用，滑动变阻器两端电压为：U_滑=U-U″=6V-2.5V=3.5V，
则移动滑动变阻器滑片应使接入的阻值为R_滑′=$\frac{{U}_{滑}′}{I″}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；
（5）由图可知电流表接入的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，此时示数为0.2A；
则该灯泡的额定电功率为：P=U_LI_L=2.5V×0.2A=0.5W；
（6）将R换成插有铁心的螺线管，则当滑片P向左滑动时，接入电电阻减小，电路中电流增大，则通电螺线管的磁性增强，故它能够吸起大头针的数量将增多．
故答案为：（1）电路如上图；右；
（2）4；
（3）电压表断路或定值电阻短路；
（4）左；14Ω；
（5）0.5；
（6）增多．

点评 通过导体的电流与其两端电压和电阻两个因素有关，无论是探究实验，还是得出结论时都要使用“控制变量法”．