Question

15．如圖所示，探究“電流與電壓關(guān)系”實驗中，電源電壓恒為4.5V，電流表的量程為0-0.6A，電壓表量程為0-3V，定值電阻阻值為5Ω，滑動變阻器最大阻值為20Ω．
（1）在圖甲中用筆畫線代替導(dǎo)線將實驗電路連接完整．
（2）閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動變阻器的滑片置于圖中最右端．
（3）閉合開關(guān)，移動滑片，記錄電流表和電壓表示數(shù)，進行多次實驗，繪制出I-U圖象，如圖乙所示，根據(jù)圖象得出初步結(jié)論：在電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比．
（4）為了保證元件安全，閉合開關(guān)，在移動滑片的過程中，滑動變阻器的阻值變化范圍為2.5Ω-20Ω．
（5）用該電路探究電流電阻的關(guān)系時，若保持電壓表示數(shù)始終為2V，不更換其它器材，為了完成實驗，更換的定值電阻阻值不能大于16Ω．

Answer 1

分析 （1）變阻器接線柱按一上一下的原則接入電路中；
（2）為保護電路安全，變阻器連入電路的電阻最大；
（3）根據(jù)I-U圖象為一直線得出結(jié)論；
（4）變阻器連入電路中的電阻越大，根據(jù)歐姆定律，電路中的電流越小，根據(jù)分壓原理，變阻器分得的電壓越大，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，電壓表示數(shù)越小；所以為了保證元件安全，求出變阻器連入電路中的最小電阻即可．
由電壓表的量程，確定電壓表的最大示數(shù)，并考慮電流表的量程，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確定變阻器連入電路中的最小電阻；
（5）因變阻器與定值電阻串聯(lián)，根據(jù)分壓原理有：$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{定}}=\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，有$\frac{U{-U}_{定}}{{U}_{定}}=\frac{U}{{U}_{定}}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，研究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)控制電壓表的示數(shù)（定值電阻的電壓）不變，又電源電壓不變，所以$\frac{U}{{U}_{定}}$-1為一定值，即$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$為一定值，當選用的定值電阻最大時，變阻器連入電路中的電阻最大時，根據(jù)根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確定定值電阻的最大值；

解答 解：（1）變阻器接線柱按一上一下的原則接入電路中，如下圖所示：

（2）為保護電路安全，變阻器連入電路的電阻最大，即滑片移動到最右端；
（3）繪制出I-U圖象為一直線，說明在電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比；
（4）因電壓表量程為0-3V，所以定值電阻的電壓不能超過3V，
此時通過電路的電流最大值為I=$\frac{{U}_{大}}{{R}_{定}}=\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，不超過電流表量程；
變阻器與定值電阻串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得電壓至少為4.5V-3V=1.5V，
根據(jù)分壓原理，變阻器連入電路中的電阻大小至少為$\frac{1.5V}{3V}$×5Ω=2.5Ω；
所以，為了保證元件安全，閉合開關(guān)，在移動滑片的過程中，滑動變阻器的阻值變化范圍為2.5Ω-20Ω；
（5）用該電路探究電流電阻的關(guān)系時，若保持電壓表示數(shù)始終為2V，
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓U_滑=4.5V-2V=2.5V，
當變阻器的最大阻值連入電路中時，
根據(jù)分壓原理，定值電阻的最大阻值為R_大=$\frac{2V}{2.5V}$×20Ω=16Ω．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）最右；
（3）正比；
（4）2.5Ω-20Ω；
（5）16．

點評 本題考查連接電路的注意事項、分析圖象得出結(jié)論、應(yīng)用串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律確定器材的規(guī)格，有難度．