Question

11．小青学习小组在“探究一定电压下，电流与电阻的关系”的实验中，老师提供的实验器材有：电源（电压恒为4.5Ⅴ），电流表、电压表各一个，开关一个，四个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），两只滑动变阻器（规格分别为“15Ω2A”“30Ω1A”），导线若干．实验电路如图甲．

（1）请用笔画线代替导线，将图乙中实物连接完整；
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应移到F端（选填“E”或“F”）；
（3）小青实验时，在a、b间先接入5Ω的电阻，闭合开关，移动滑片P，使电压表的示数为2Ⅴ，并记下相应的电流值；再改接10Ω的电阻，此时滑片P较接入5Ω电阻时应向F（选填“E”或“F”）端移动，小青移动变阻器滑片P的目的是：调节定值电阻两端电压保持不变；
（4）小青要在题③基础上完成探究活动，她选择的滑动变阻器规格应是30Ω 1A．

Answer 1

分析 （1）本实验中滑动变阻器应一上一下串联接入电路中；
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应移到最大值处；
（3）要探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，即与电阻并联的电压表示数不变，为保证电阻两端的电压不变，根据串联电路的分压原理分析将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻时滑片的移动方向；
（4）根据串联电路特点和欧姆定律计算变阻器的规格．

解答 解：（1）探究电流与电阻的关系的实验中变阻器应一上一下串联接入电路中，如图所示：

（2）为了保护电路，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应移到最大值F端；
（3）导体中电流与电压和电阻有关，探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，根据串联电路的分压原理，将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻后其电压将增大，为使其电压保护2V不变，需要增大变阻器分得电压，故应将滑片F端移动，直到电压表示数为2V为止．由此可知移动滑片的作用是：调节定值电阻两端电压保持不变；
（4）串联电路中电流处处相等，所以I_滑=I_ab，
由I=$\frac{U}{R}$得：$\frac{U-{U}_{ab}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{ab}}{{R}_{ab}}$，
当ab间接入20Ω电阻时有：$\frac{4.5V-2V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{20Ω}$，
解得：R_滑=25Ω，
此时电路中电流：I=$\frac{{U}_{ab}}{{R}_{ab}}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，所以为了完成实验应选择30Ω 1A的滑动变阻器．
故答案为：（1）如上图；（2）F；（3）F；调节定值电阻两端电压保持不变；（4）30Ω 1A．

点评 本题考查探究电流跟电阻关系的实验，探究的方法是控制变量法；并且能够根据题目数据选择合适的滑动变阻器，不但考虑滑动变阻器允许通过的电流，也要考虑滑动变阻器的电阻．电路电流不能超过滑动变阻器允许通过的最大电流，滑动变阻器最大电阻稍大于电路需要的电阻，这样，滑动变阻器既能满足电路要求，也能使电路准确获得需要的数据．