Question

15．小芳用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材探究“電流與電阻的關(guān)系”．電源電壓恒為3V，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“20Ω 2A”字樣，阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω、50Ω的定值電阻各一個(gè)．

（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路補(bǔ)充完整．
（2）小芳5Ω定值電阻接入電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)而電壓表有示數(shù)，則電路中的故障可能是電阻R斷路；排除故障后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)如圖乙所示，請將此時(shí)電流表的示數(shù)填入表中．
（3）將5Ω定值電阻換成10Ω定值電阻，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，眼睛觀察電壓表，直到其示數(shù)為1.8V時(shí)，停止移動(dòng)滑片，記錄此時(shí)各表的示數(shù)．
（4）將10Ω定值電阻換成20Ω定值電阻，重復(fù)步驟（3）．
（5）實(shí)驗(yàn)記錄的多組數(shù)據(jù)如表所示．分析數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：當(dāng)電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體中的電流與電阻成反比．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	定值電阻Ω）	電流表示數(shù)（A）
1	5	_
2	10	0.18
3	20	0.09

（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小芳問老師在此實(shí)驗(yàn)中能否換用50Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？老師指導(dǎo)小芳分析了不能更換的原因．你認(rèn)為其原因是滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，無法保持電壓表示數(shù)為1.8V．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器應(yīng)使用一上一下的接入原則
（2）根據(jù)電流表和電壓表有示數(shù)進(jìn)行分析具體原因；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)，換接電阻后，應(yīng)保持電壓表的示數(shù)不變，根據(jù)串分壓的知識判斷滑片的移動(dòng)方向；
（5）電流與電阻的關(guān)系：電壓一定，電流與電阻成反比；
（6）根據(jù)分壓原理，求出若換用50Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)定值電阻的電壓判斷．

解答 解：
（1）如下圖所示：

（2）電流表無示數(shù)，說明電路為斷路，而電壓表有示數(shù)，則可以判斷定值電阻R斷路；
（3）將5Ω電阻換成10Ω后，電壓表的示數(shù)會變大，所以應(yīng)該增大滑動(dòng)變阻器的阻值，即應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A移動(dòng)，使電壓表仍為原來的示數(shù)不變，仍為1.8V；
（5）縱向分析表中數(shù)據(jù)，可知，當(dāng)電壓一定時(shí)，電阻為原來的幾倍，電流為原來的幾分之一，即當(dāng)電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體中的電流與電阻成反比；
（6）當(dāng)定值電阻為50Ω時(shí)，即使滑動(dòng)變阻器最大阻值為20Ω連入電路，根據(jù)分壓原理，此時(shí)定值電阻兩端的電壓最小，電路中的電流為I=$\frac{U}{R+{R}_{滑}}=\frac{3V}{50Ω+20Ω}=\frac{3}{70}A$，定值電阻兩端的電壓U=IR=$\frac{3}{70}A×50Ω≈2.14V＞1.8V$，無法保持定值電阻兩端電壓始終為1.8V．
故答案為：
（1）見上圖；
（2）電阻R斷路；
（3）電壓；1.8；
（5）反；
（6）滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，無法保持電壓表示數(shù)為1.8V．

點(diǎn)評 此題是探究電流和電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，考查了實(shí)物圖的連接、常見故障的分析、控制變量法的應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)的操作過程、及數(shù)據(jù)的處理能力，涉及到了串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系及歐姆定律的靈活應(yīng)用．