Question

4．物理課外興趣小組利用圖中所示的電路圖進(jìn)行一些電學(xué)實(shí)驗(yàn)，其中電阻R有20Ω、15Ω、10Ω、5Ω、1Ω五個(gè)供選擇，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格是“10Ω 1A”，電源電壓5V保持不變．
（1）用筆畫線代替導(dǎo)線將圖中電流表準(zhǔn)確接入電路．
（2）在做“探究導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)．
①選用哪三個(gè)電阻更合適？答：15Ω、10Ω和5Ω
②此實(shí)驗(yàn)對(duì)電阻兩端電壓的控制有什么要求？答：保持定值電阻電壓等于3V．
③按要求接入電阻后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表指針幾乎不動(dòng)，電壓表指針向右偏轉(zhuǎn)且超過滿刻度，原因可能是定值電阻R斷路．
（3）用一根導(dǎo)線代替電流表接入電路進(jìn)行測(cè)量未知電阻R_x的實(shí)驗(yàn)，R先選用5Ω電阻接入電路，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓示數(shù)為2V，然后保持滑動(dòng)變阻器的滑片不動(dòng)，用R_x代替5Ω電阻接入電路，此時(shí)電壓表示數(shù)為3V，則R_x的阻值為11.25Ω（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)物圖可知，電壓表選擇的量程為0～3V；根據(jù)（3）中內(nèi)容可知，選擇最小阻值為5Ω的電阻，由歐姆定律可知電路中的最大電流，從而確定電流表的量程，并將電流表串聯(lián)在電路中．
（2）①探究導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系時(shí)，需保持電阻兩端電壓不變；根據(jù)電源電壓，滑動(dòng)變阻器阻值及定值電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律通過計(jì)算，找出符合條件的電阻．
②根據(jù)電壓表量程可知電阻兩端電壓的控制要求；
③電流表無示數(shù)，說明電路某處斷路；電壓表指針向右偏轉(zhuǎn)且超過滿刻度，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連，并且電源電壓大于電壓表的量程；
（3）先根據(jù)歐姆定律求出5Ω電阻接入電路時(shí)的電流，然后根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律和歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值；再根據(jù)歐姆定律求出R_x接入電路時(shí)的電流，最后根據(jù)歐姆定律的應(yīng)用求出R_x的阻值．

解答 解：（1）根據(jù)圖示可知，電壓表量程為0～3V；
經(jīng)分析R的阻值最小只能取5Ω，其兩端電壓最大為3V，所以電路中的最大電流：I_最大=$\frac{U}{{R}_{最小}}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，因此電流表量程選擇0～0.6A；故將電流表的0.6A接線柱與開關(guān)的左接線柱相連，如下圖所示：

（2）①由題意知，實(shí)驗(yàn)過程中，定值電阻電壓保持不變，而定值電阻兩端最大電壓為3V；
因?yàn)殡娫措妷簽?V，所以滑動(dòng)變阻器兩端的最小電壓只能是2V，
因?yàn)榇��?lián)電路電流相等，所以定值電阻與滑動(dòng)變阻器電壓之比U_R：U_滑=3V：2V=3：2，
由I=$\frac{U}{R}$可知：
$\frac{R}{{R}_{滑}}$=$\frac{\frac{{U}_{R}}{I}}{\frac{{U}_{滑}}{I}}$=$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$=$\frac{3}{2}$，
因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器R的最大電阻為10Ω，所以定值電阻最大阻值R=15Ω，
若R=1Ω，則R_滑=$\frac{2}{3}$Ω，電路中電流I=$\frac{U}{R+{R}_{滑}}$=$\frac{5V}{1Ω+\frac{2}{3}Ω}$=3A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了電流表的量程，不能選1Ω的定值電阻；所以實(shí)驗(yàn)中只能選擇15Ω、10Ω和5Ω的定值電阻．
②在做“探究導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持電阻兩端電壓為3V不變；
③電流表無示數(shù)，說明電路某處斷路；電壓表指針向右偏轉(zhuǎn)且超過滿刻度，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連，并且電源電壓大于電壓表的量程，因此定值電阻R斷路；
（3）5Ω電阻接入電路時(shí)，電路中的電流：
I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{2V}{5Ω}$=0.4A；
由串聯(lián)電路電壓規(guī)律和歐姆定律可知，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：
R_滑′=$\frac{U-{U}_{1}}{I}$=$\frac{5V-2V}{0.4A}$=7.5Ω；
當(dāng)R_x接入電路時(shí)，電路中的電流：
I′=$\frac{{U}_{滑}′}{{R}_{滑}′}$=$\frac{5V-3V}{7.5Ω}$=$\frac{4}{15}$A；
由I=$\frac{U}{R}$可知：
R_x=$\frac{{U}_{x}}{I′}$=$\frac{3V}{\frac{4}{15}A}$=11.25Ω．
故答案為：（2）①15Ω、10Ω和5Ω；②保存定值電阻電壓等于3V；③定值電阻R斷路；（3）11.25．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了“探究電流跟電阻關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，考查了控制變量法、歐姆定律和滑動(dòng)變阻器的應(yīng)用，具有一定的難度．