Question

7．小明在探究“電流大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，如圖所示．
 
（1）請(qǐng)用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，根據(jù)圖甲將圖乙所示的實(shí)物電路連接完整．
（2）閉合開(kāi)關(guān)前，圖乙中滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)位于B（選填“A”或“B”）端．
（3）小明同學(xué)想研究“電流和電壓的關(guān)系”，接好最后一根導(dǎo)線(xiàn)時(shí)電表就有示數(shù)，小王同學(xué)認(rèn)為他在連接電路時(shí)忘記了斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，小明糾正錯(cuò)誤后，決定用桌上的小燈泡代替電阻完成實(shí)驗(yàn)，小王趕緊阻止他，這是因?yàn)闊襞莸碾娮钑?huì)隨溫度變化而變化．
（4）小王同學(xué)在探究“電流與電阻的關(guān)系”時(shí)選用以下器材：電源電壓為3V，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“5Ω 1.5A”字樣，阻值分別為2Ω、5Ω、10Ω、20Ω的定值電阻各一個(gè)．把2Ω定值電阻接入電路后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)如圖丙所示，此時(shí)電路中的電流為1A，更換不同的電阻記錄了幾組數(shù)據(jù)如下表，老師在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)電流的數(shù)據(jù)0.1A為小明編造所得，經(jīng)詢(xún)問(wèn)小明說(shuō)出實(shí)情，在做這次實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)變阻器，電壓表都回不到設(shè)定電壓．老師告訴小明只要選擇最大阻值不小于10Ω的變阻器或選擇電壓不高于2.5V的電源，即可調(diào)到設(shè)定電壓，完成本次實(shí)驗(yàn)．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	定值電阻（Ω）	電流表示數(shù)（A）
1	2
2	5	0.4
3	10	0.2
4	20	0.1

Answer 1

分析 （1）變阻器按一上一下的原則接入電路中；
（2）為保護(hù)電路，閉合開(kāi)關(guān)前，圖乙中滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)位于阻值最大處；
（3）連接電路時(shí)，開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)；根據(jù)燈泡的電阻會(huì)隨溫度變化而變化，不是一個(gè)定值分析；
（4）根據(jù)圖中電流表小大量程分度值讀數(shù)；由歐姆定律求出電壓表示數(shù)，根據(jù)歐姆定律求出電路中最小電流確定編造的數(shù)據(jù)；
做這次實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)變阻器，電壓表都回不到設(shè)定的電壓，說(shuō)明變阻器分得的過(guò)小，可采用最大阻值更大的變阻器，或若電源電壓過(guò)大，可減小電源電壓；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定變阻器連入電路中的最小電阻，確定換用變阻器的規(guī)格；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理可求換用電源電壓的最大值．

解答 解：（1）變阻器按一上一下的原則接入電路中，如下所示：

（2）閉合開(kāi)關(guān)前，圖乙中滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)位于阻值最大處即 B端；
（3）接好最后一根導(dǎo)線(xiàn)時(shí)電表就有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路，則他在連接電路時(shí)忘記了斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；
研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻大小不變，小明糾正錯(cuò)誤后，決定用桌上的小燈泡代替電阻完成實(shí)驗(yàn)是不對(duì)的，這是因?yàn)椋簾襞莸碾娮钑?huì)隨溫度變化而變化；
（4）2Ω定值電阻接入電路后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)如圖丙所示，圖中電流表選用大量程，分度值為0.1A，此時(shí)電路中的電流為1A，由歐姆定律的變形公式，電壓表示數(shù)：
U₁=I₁R₁=1A×2Ω=2V；
電源電壓為U=3V，當(dāng)定值電阻R=20Ω時(shí)，變阻器連入電路中的電阻最大為5Ω時(shí)，電路中的最小電流：
I=$\frac{U}{{R}_{最大}}=\frac{3V}{20Ω+5Ω}$=0.012A，故表中第4次電流數(shù)據(jù)0.1A為編造所得；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U₁=3V-2V=1V，電壓表控制在2V不變，故變阻器電壓為定值電阻電壓為的$\frac{1V}{2V}$倍，當(dāng)最大定值電阻20Ω接入電路中時(shí)，由分壓原理，變阻器連入電路中的電阻：
R_滑大=$\frac{1}{2}$×20Ω=10Ω，即要選擇最大阻值不小于10Ω的變阻器；
或當(dāng)變阻器連入電路中的電阻最大為R′_滑=5Ω時(shí)，變阻器分得的電壓最多，能控制電壓表示數(shù)為U₁=2V不變，此時(shí)電源電壓有最大值，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器的電壓為U_大-2V，根據(jù)分壓原理：
$\frac{{U}_{大-}2V}{2V}$=$\frac{{R′}_{滑}}{R}$，即$\frac{{U}_{大}}{2V}$-1=$\frac{{R′}_{滑}}{R}$------①，
由①式可知，等于左邊為定值，故右邊也為定值，當(dāng)變阻器連入電路中的電阻最大為R′_滑=5Ω時(shí)，應(yīng)對(duì)應(yīng)的定值電阻最大為R=20Ω，將數(shù)值代入①得：
$\frac{{U}_{大}}{2V}$-1=$\frac{5Ω}{20Ω}$，
故電源電壓最大值為U_大=2.5V．
故答案為：
（1）如上所示；（2）B；（3）斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；  燈泡的電阻會(huì)隨溫度變化而變化；
（4）1； 0.1；   10；2.5．

點(diǎn)評(píng) 本題探究電流大小與哪些因素有關(guān)，考查電路的連接、注意事項(xiàng)、影響電阻的因素、控制變量法的運(yùn)用及對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求，最后一問(wèn)難度較大．