Question

14．在探究“電流跟電壓、電阻關(guān)系”的實驗中：

（1）小明設(shè)計了圖甲所示的電路圖，請你用筆畫線代替導(dǎo)線幫助他將圖乙實物電路連接完整，要求滑片在右端滑動變阻器的阻值最大．
（2）小明進(jìn)行了以下實驗操作：
步驟1：保持定值電阻R的阻值不變，閉合開關(guān)S后，使R兩端的電壓成倍數(shù)變化，如2V、4V、6V，分別讀出并記錄對應(yīng)于不同電壓下的電流表示數(shù)，比較每次電流表的示數(shù)是否成整數(shù)倍的變化．
步驟2：保持每次定值電阻兩端電壓保持不變，換用不同的定值電阻，使電阻成整數(shù)倍的變化，如5Ω、10Ω、15Ω，分別讀出并記錄對應(yīng)于不同阻值的電流表的示數(shù)，比較每次的電阻值與電流值的乘積是否相等．
分析：
①小明設(shè)計“步驟1”的目的是為了探究在電阻一定時，導(dǎo)體中的電流和它兩端的電壓關(guān)系．
②小明做“步驟2”時，選一個“5Ω”的電阻，測得電流表示數(shù)為0.2A，當(dāng)換“10Ω”來做時，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)不是0.1A，（不考慮溫度對電阻的影響），你認(rèn)為電流表的讀數(shù)將會是大于（填“大于”、“小于”）0.1A，滑片應(yīng)該向右（選填“左”、“右”）移動．此時手和眼睛的分工是：手調(diào)節(jié)滑動變阻器；眼睛觀察電壓表的示數(shù)為1V．
（3）實驗中電流表出現(xiàn)故障，小明查看說明書發(fā)現(xiàn)電流表結(jié)構(gòu)示意圖如圖丙所示，其中ad是閉合電路中的部分電路，電流表A的滿偏電流（通過電流表的最大電流）是0.1A，定值電阻R₃=50Ω．
說明書還介紹：
①若通過a點(diǎn)電流是0.6A，將單刀雙擲開關(guān)S接到b，電流表A滿偏．
②若通過a點(diǎn)電流是3.0A，將單刀雙擲開關(guān)S接到c，電流表A滿偏．
可求出電阻R₁=2Ω，電阻R₂=8Ω．
若電阻R₁和R₂中有一個損壞導(dǎo)致斷路，在通過a點(diǎn)的電流不超過0.1A的情況下，要找出損壞的電阻，應(yīng)使單刀雙擲開關(guān)S連接到c（選填“b”或“c”）通過觀察電流表的示數(shù)進(jìn)行判斷．

Answer 1

分析 （1）將滑動變阻器一上一下串聯(lián)在電路中，根據(jù)滑片在右端滑動變阻器的阻值最大判斷下端所接的接線柱；
（2）①利用控制變量法的思路，要探究與哪個因素有關(guān)，就要控制這個因素變化．可以從步驟1中的哪個因素發(fā)生變化，哪個因素不變中得到答案．
②當(dāng)電路中的定值電阻發(fā)生變化時，電路的總電阻會發(fā)生變化，從而帶來的一系列的變化，由此入手進(jìn)行分析．
（3）明確電路的結(jié)構(gòu)，根據(jù)電流表滿偏和R₃=100Ω可求出電源電壓，再根據(jù)串聯(lián)電路的電流規(guī)律可計算另一支路的電流．最后根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)，利用歐姆定律可計算另一支路中的電阻．
分別分析當(dāng)開關(guān)S連接到b或c時可能出現(xiàn)的不同情況，最后判斷如何找出損壞的電阻．

解答 解：（1）將滑動變阻器串聯(lián)在電路中，滑片位于最右端B時，滑動變阻器接入電路的電阻值最大，則滑動變阻器的下面應(yīng)接左邊的接線柱；根據(jù)題意電壓表測量范圍超過3V，應(yīng)選擇0-15V量程，如圖所示：

（2）①在步驟1中，保持定值電阻R的阻值不變，使R兩端的電壓成倍數(shù)變化，如2V、4V、6V，所以探究的是導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓的關(guān)系．
②由步驟2中的數(shù)據(jù)可知，在滑動變阻器的電阻值Rp不變的情況下，電路中由于將5Ω的定值電阻R₁換成10Ω的定值電阻R₂，使整個電路的電阻值R_總增大．利用公式I=$\frac{U}{R}$可知，電路中的總電流I減�。�此時滑動變阻器兩端的電壓Up=IRp，由于Rp不變，I減小，導(dǎo)致了Up的減小，而定值電阻兩點(diǎn)之間的電壓等于總電壓減去滑動變阻器兩端的電壓，由于滑動變阻器兩端的電壓減小導(dǎo)致了定值電阻兩點(diǎn)之間的電壓增大，原來定值電阻R₁兩端的電壓為1V，現(xiàn)在定值電阻R₂兩端的電壓要大于1V，所以定值電阻R₂中的電流大于0.1A；
要使定值電阻R₂兩點(diǎn)之間的電壓U₂等于1V．根據(jù)公式U₂=IR₂可知，R₂為10Ω不變，只能減小電路中的電流I，所以要使電路中的電阻增大，即滑片P向右端移動增大電阻．當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓為1V時，停止移動滑片，所以此時要眼睛看著電壓表，用手來移動滑片．
（3）①讀圖可知，將單刀雙擲開關(guān)S接到b，則電阻R₁、R₂串聯(lián)后與R₃并聯(lián)，
此時，電流表A滿偏，則由歐姆定律可得：
電路兩端的電壓為：U=I_AR₃=0.1A×50Ω=5V，
若通過a點(diǎn)電流是0.6A，根據(jù)并聯(lián)電路的電流規(guī)律可知，
另一支路中的電流：I′=0.6A-0.1A=0.5A，
由R₁、R₂串聯(lián)后的總電阻：R_總=$\frac{U}{I′}$=$\frac{5V}{0.5A}$=10Ω；
②將單刀雙擲開關(guān)S接到c，則電阻R₂、R₃串聯(lián)后與與R₁并聯(lián)，
電流表A滿偏，則R₁支路中的電流：I″=3.0A-0.1A=2.9A，
由歐姆定律得：U=I″R₁…①
U=I_A（R₃+R₂）…②
又因為R₁+R₂=10Ω…③
聯(lián)立①②③，代入數(shù)據(jù)解得，
R₁=2Ω；R₂=8Ω；
（2）將單刀雙擲開關(guān)S接到b，無論電阻R₁和R₂中哪一個電阻斷路，都會造成支路不通，同時也不會影響電流表A的示數(shù)，故不能做出判斷；
將單刀雙擲開關(guān)S接到c，如果是R₂斷路，則電流表A無示數(shù)；如果是電流表A有示數(shù)，則電阻R₁斷路，因此要找出損壞的電阻，應(yīng)使單刀雙擲開關(guān)S連接到c．
故答案為：（1）見上圖；（2）①在電阻一定時，導(dǎo)體中的電流和它兩端的電壓關(guān)系；②大于；右；滑動變阻器；電壓表的示數(shù)為1V；（3）2；8；c．

點(diǎn)評 本題考查了利用歐姆定律對電路進(jìn)行分析和計算，判斷出不同情況下電路的連接方式，熟練運(yùn)用歐姆定律是正確解答的關(guān)鍵．