Question

有一个滑动变阻器在某处发生了断路，小宇同学为了找到发生断路的位置设计了如图所示的探究实验．
步骤1：把滑动变阻器分成了间距相等的五段（ab段、bc段、cd段、de段、ef段，其中a、f为变阻器的两个端点），如图所示．
步骤2：将电压恒为6V的电源、电流表、阻值为5Ω的定值电阻R₀和该滑动变阻器连成如图所示的电路．
步骤3：闭合开关，将滑动变阻器的滑片P由下往上滑动，当滑片P分别处于a、b、c、d、e、f位置时，把电流表的示数记录在下面表格中．

滑片P所处的位置	a	b	c	d	e	f
电流表读数/A	1.2	0.6	0.4	0.3	0.6	1.2

请完成下列问题：
（1）电路中R₀的作用是什么？
（2）根据观察，小宇发现“ab段”“bc段”“ef段”完好，请你结合表中数据，判断该滑动变阻器的断路发生在图中“cd段”还是“de段”？并说明判定依据．
（3）根据表中数据，计算滑动变阻器上每段电阻的阻值．
（4）计算滑片P在断路点两侧时，电流表可能的示数范围．

Answer 1

分析：（1）为防止滑动变阻器接入电路的电阻过小，造成电路中电流过大，烧坏电路，故电路中要接R₀保护电路；
（2）根据电路图连接可知，把滑动变阻器分成了间距相等的五段时，各点对应的电流应相等，结合表格中数据判断该滑动变阻器的断路的位置；
（3）当滑动变阻器的滑片P位于b点时，根据表格得出此时对应电路中的电流，根据欧姆定律求出此时电路中的电阻，利用串联电路的电阻特点求出每段电阻的阻值；
（4）由（2）可知断路点的位置，当滑片P位于可能出现断路的最上端时电路中的电流最大，位于最下端时电路中的电流最小，根据串联电路的电阻特点和欧姆定律可知电路中的电流，进一步可知电流表可能的示数范围．

解答：解：（1）电路中R₀的作用是：防止电路短路，烧坏电路；
（2）由电路图可知，a点与f点、b点与e点对称且对应的电流相等；若cd段断路，则对应的电流应相等，
而由表可知两点的电流并不相等，故可知应是de段断路；
（3）当滑动变阻器的滑片P位于b点时，电路中的电流为I=0.6A，
电路中的总电阻为：R_总=

U

I

=

6V

0.6A

=10Ω，
滑动变阻器上每段电阻的阻值R=R_总-R₀=10Ω-5Ω=5Ω；
（4）当断路点在e点时，若滑片P滑在e点下侧，
此时电路中电流I=

U

R总

=

U

R0+Re下

=

6V

5Ω+20Ω

=0.24A；
若滑片P滑在e点上侧，则电流I=

U

R总

=

U

R0+Re上

=

6V

5Ω+5Ω

=0.6A
当断路点在d点时，
若滑片P滑在d点下侧，I=

U

R总

=

U

R0+Rd下

=

6V

5Ω+15Ω

=0.3A；
若滑片P在d点上侧，I=

U

R总

=

U

R0+Rd上

=

6V

5Ω+10Ω

=0.4A．
故电流的示数范围为0.24A～0.6A．
答：（1）电路中R₀的作用是防止电路短路，烧坏电路；
（2）该滑动变阻器的断路发生在图中“de段”；
（3）滑动变阻器上每段电阻的阻值为5Ω；
（4）电流表可能的示数范围0.24A～0.6A．

点评：本题考查了串联电路的特点和欧姆定律的计算及应用，还涉及到电路故障的判断等，综合性较强，难度较大，对学生的能力要求较高．