Question

13．用如图甲所示的实验器材探究“电流与电阻的关系”．电源电压恒为3V，滑动变阻器上标有“200Ω 2A”字样，电阻箱分别可调为50Ω、100Ω、200Ω、500Ω等阻值．

（1）根据电路图连接实物图，连接电路前开关应断开，闭合开关前，滑动变阻器应滑到最右 （选填“左”或“右”）端．
（2）正确连接电路后将电阻箱调为50Ω，闭合开关，发现电流表无示数而电压表有示数且近似为3V，则电路中的故障可能是C．
A．电流表短路    B．电压表开路    C．电阻箱开路    D．电阻箱短路
排除故障后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，使电流表的示数如图乙所示，此时电路中的电流为0.04A．
（3）将电阻箱由50Ω调为100Ω，闭合开关，为了保持电压表的示数为2V不变，应将滑动变阻器的滑片P向右 （选填“左”或“右”）移动，记录此时各表的示数．
（4）将电阻箱由100Ω调为200Ω，重复步骤（3），记录多组数据如表所示．

实验次数	电阻箱阻值/Ω	电流表示数/mA
1	50	（2）
2	100	20
3	200	10

分析数据可得出结论：当电压一定时，通过导体中的电流与电阻成反比．
（5）下课后，以为同学问老师是否能将电阻箱调为500Ω或更大再进行试验？老师回答不能并为该同学解释不能更换的原因．请你说说该原因是：滑动变阻器的最大阻值为200Ω，无法保持定值电阻两端电压始终为2V．

Answer 1

分析 （1）为保护电路，连接电路时，应断开开关，一般情况下将滑动变阻器串联在电路中滑动变阻器接入电路的阻值应为最大阻值；
（2）移动滑动变阻器的滑片，电流表的无示数，电压表有示数且近似为3V，说明电路出现断路，并且断路在电压表两接线柱之间；由图示电流表确定其量程与分度值，然后读出其示数；
（3）探究电流与电阻之间的关系时应控制电阻两端的电压不变，根据串联分压的知识，将50Ω电阻换为100Ω后，电压表的示数变大，应增大滑动变阻器的阻值，使电压表的示数不变；
（4）分析表中实验数据，根据实验控制的变量与实验数据，然后得出结论；
（5）根据表格中数据确定定值电阻两端的电压，由欧姆定律及串联电路的电压规律求出若换用500Ω的定值电阻时所需滑动变阻器的阻值，结合变阻器的规格便可得出结论．

解答 解：（1）连接电路的过程中，开关须断开；滑动变阻器应该串联在电路中，开关闭合前，应将滑片调到阻值最大处即右端；
（2）闭合开关，无论怎样移动滑片，且电压表始终为电源电压，电流表示数为零，说明电压表串联在了电路中，电流太小电流表显示不出来，则故障的原因可能是电阻箱断路，选C；）电流表选择0～100mA量程，每一个大格代表20mA，每一个小格代表2mA，由指针位置可知此时电流为40mA即0.04A；
（3）探究电流与电阻之间的关系时应控制电阻两端的电压不变，将50Ω、100Ω、200Ω的电阻依次换接入电路中，则电压表的示数变大，为保持电压表的示数不变，应增大滑动变阻器的阻值，将滑片向右端滑动，使电压表的示数保持U=I R=0.04A×50Ω=2V不变；
（4）由表中实验数据可知，在电压一定时，电流与电阻的乘积是一个定值，即电流与电阻成反比，由此可得：保持电压不变时，导体中的电流跟导体的电阻成反比；
（5）根据表格中数据可知，电阻两端的电压为：
U=2V；
当定值电阻为500Ω时，
因为$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
即$\frac{2V}{3V-2V}$=$\frac{500Ω}{{R}_{滑}}$，
解得：R_滑=250Ω
由于滑动变阻器的最大阻值为200Ω，无法保持定值电阻两端电压始终为2V．
故答案为：（1）断开；右；（2）C；0.04：；（3）2；右；（4）反；（5）滑动变阻器的最大阻值为200Ω，无法保持定值电阻两端电压始终为2V．

点评 此题是探究电流和电阻的关系实验，考查了控制变量法的应用，考查了电流表的读数及电阻的计算，涉及到了串联电路中电流、电压的关系及欧姆定律的灵活应用．