Question

7．小明探究“通過導(dǎo)體的電流與電壓的關(guān)系”時，電路圖如圖（甲）所示．電源電壓不變，R₁為定值電阻，電流表A 選用0～0.6A量程，電壓表V₁選用為0～3V量程，電壓表V₂選用為0～15V量程，滑動變阻器R₂上標(biāo)有“50Ω   1A”的字樣．
  
（1）請根據(jù)電路圖甲用筆畫線代替導(dǎo)線連接實物圖乙．
（2）閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表A 與電壓表V₁的示數(shù)為零，電壓表V₂的示數(shù)不為零，則電路存在的故障滑動變阻器斷路．
（3）排除故障后，繼續(xù)進行實驗，記錄電流表A 與電壓表V₁的示數(shù)，得到一組實驗數(shù)據(jù)，如表所示．

實驗序號	1	2	3	4	5
電壓表V1的示數(shù)（V）	1.6	1.8	2.0	2.2	2.4
電流表A的示數(shù)（A）	0.16	0.18	0.20	0.22	0.24

分析表中實驗數(shù)據(jù)可得結(jié)論：當(dāng)電阻一定時，電流與電壓成正比．
（4）實驗中，記錄電流表A 與電壓表V₂的示數(shù)，得到幾組實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出如圖丙的圖線，如圖所示，則電源電壓是6V．在保證實驗器材安全的前提下，滑動變阻器接入電路的阻值不得小于10Ω．電路中允許通過的最大電流是0.3 A．

Answer 1

分析 （1）在根據(jù)電路圖連接電路過程中，要特別注意電流表、電壓表的位置、接法、量程選擇和電流方向；滑動變阻器采用“一上一下”的接法與定值電阻串聯(lián)．
（2）閉合開關(guān)，電流表或電壓表示數(shù)為零，說明與其串聯(lián)的電路斷路；電壓表有示數(shù)，說明與其串聯(lián)的電路是通路．
（3）由電路圖知，電壓表V₁測量電阻R₁兩端電壓，電流表測量電路電流．比較電壓、電流變化規(guī)律就能得出實驗結(jié)論．
（4）由上一步可以得到電阻R₁的阻值；在丙圖中，滑動變阻器兩端最大電壓為5.0V，此時電路電流為0.1A，由此得到滑動變阻器接入電路的阻值；已知電阻R₁和滑動變阻器接入電路的阻值，可以得到總電阻；已知電路總電阻和電流，可以得到電源電壓；
為保護用電器或電流表、電壓表，電路電流不能超過用電器或電流表允許通過的最大電流，兩端電壓不能超過電壓表選擇的量程．確定電路最大電流或最大電壓后，在電源電壓不變的情況下，得到電路的總電阻，其中R₁已得出，所以能夠得到滑動變阻器接入電路的電阻．

解答 解：（1）根據(jù)電路圖連接實物圖，實物連接如下：

（2）閉合開關(guān)，電流表A的示數(shù)為零，說明與他們串聯(lián)的電路是斷路狀態(tài)，但不可能是R₁斷路（如果R₁斷路，電壓表V₁有示數(shù)）；
電壓表V₂有示數(shù)，說明與V₂串聯(lián)的電路是通路，所以電路故障為滑動變阻器斷路，此時沒有電流通過R₁，R₁兩端無電壓，V₁示數(shù)為零．
（3）由實驗數(shù)據(jù)可以看出：電壓成倍增大，電流也成倍增大，且兩者增大的倍數(shù)相同．所以實驗結(jié)論為：在電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流與兩端電壓成正比．
（4）由I=$\frac{U}{R}$可知，定值電阻的阻值為R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω，
由丙圖知，滑動變阻器兩端電壓為5V時，滑動變阻器接入電路的電阻為R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{5V}{0.1A}$=50Ω，所以電源電壓為U=IR=0.1A×（10Ω+50Ω）=6V；
已知電源電壓為6V，所以對電壓表V₂不會造成損害；已知電源電壓和電阻R₁的阻值，可得電路最大電流為0.6A，對電流表也不會造成損害；
當(dāng)電壓表V₁電壓達(dá)到3V時，電路電流為I=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A，所以滑動變阻器接入電路電阻為R_最小=$\frac{6V-3V}{0.3A}$=10Ω，即滑動變阻器接入電路電阻不能小于10Ω．
故答案為：
（1）見解答圖；
（2）滑動變阻器斷路；
（3）當(dāng)電阻一定時，電流與電壓成正比；
（4）6；10；0.3．

點評 本題考查實物圖的連接、故障分析、電流表的讀數(shù)、數(shù)據(jù)分析能力以及歐姆定律的應(yīng)用等內(nèi)容，難度較大．