Question

小华利用如图乙所示的器材设计电路来探究“电流与电阻的关系”，已知电源电压为4.5V且保持不变，实验用到的定值电阻R的阻值分别为25Ω、20Ω、15Ω、10Ω，滑动变阻器的规格为“50Ω，2A”．

（1）请在图甲的方框中画出该实验的电路图．
（2）根据电路图，用笔画线代替导线在图乙所示的实物电路中补上二根导线，使电路连接完整 （要求滑片向右移时，电压表示数变小，不得改动已有的接线．）；
（3）本实验中使用滑动变阻器除了保护电路外，主要目的是：______．
（4）在本实验操作中，还有一些问题请思考后回答：
①正确连好电路闭合开关，发现电流表无示数，电压表有较大示数，如果电路中只有一处故障，且导线及相关连接处均完好，则故障为______；
②实验中，若要保持电压表示数为2.5V不变，当定值电阻为10Ω时，应移动滑动变阻器的滑片P，使其接入电阻为______Ω；
③为了顺利完成整个实验，小华应利用滑动变阻器控制定值电阻R两端的电压至少保持______V不变．

Answer

（1）通过导体的电流与两端的电压和导体的电阻有关，要探究电流与电压的关系时应控制电阻的阻值不变，实验时需要与电阻串联的电流表测出通过的电流，电压表并联测出电阻的阻值，然后与电源、开关以及滑动变阻器组成电路；
（2）根据欧姆定律求出电路中的最大电流确定电流表的量程，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，滑片向右移时电压表示数变小说明接入电路的电阻变大即左下方接线柱必须接入电路中；
（3）探究电流与电阻之间的关系时，应控制电阻两端的电压不变，可以通过调节滑动变阻器达到这一目的；
（4）①电压表有示数说明电压表两接线柱与电源之间是通路，电流表无示数说明电路断路即电压表并联的部分断路；
②根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据串联电路的电压特点和欧姆定律表示出电路中的电流得出等式即可求出滑动变阻器接入电路中的电阻；
③当阻值为25Ω的定值电阻与整个滑动变阻器串联时电压表的示数最小，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，再根据欧姆定律求出电压表保持的最小电压．
【解析】
（1）电流表与电阻串联，测量电流，电压表与电阻并联，测量电阻两端的电压，滑动变阻器串联可以进行多次测量，然后与开关、电源组成电路，如下图所示：

（2）当10Ω的定值电阻串联在电路中且滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路中的电流最大，根据欧姆定律可得I===0.45A，所以电流表的量程为0～0.6A，即定值电阻的右接线柱与电流表的0.6接线柱连接，滑动变阻器的左下方接线柱与定值电阻的右接线柱相连，如下图所示：

（3）在保持电阻不变时，电流跟电压成正比，故I-U图象应该是直线，故乙图正确；
（3）实验时用到了滑动变阻器，闭合开关时，滑动变阻器连入电路电阻最大，电路中电流最小，起到保护电路的作用，实验时，通过调节变阻器的阻值，使电压表的示数保持不变，因此滑动变阻器的作用有：控制定值电阻R两端的电压不变和保护电路的作用；
（4）①电路闭合开关，发现电流表无示数，电压表有较大示数，且导线及相关连接处均完好说明电压表并联的部分断路即定值电阻R断路；
②∵串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
∴此时滑动变阻器两端的电压U滑=U-UR=4.5V-2.5V=2V，
∵串联电路中各处的电流相等，
∴根据欧姆定律可得：=，即=，
解得：R滑=8Ω；
③当阻值为25Ω的定值电阻与整个滑动变阻器串联时，
电路中的电流为I===0.08A，
定值电阻两端电压为U=IR=0.08A×25Ω=2V．也就是说，为保证在滑动变阻器变阻范围内完成本实验，定值电阻两端电压不能低于2V．
故答案为：
（1）电路图如上图所示；
（2）实物电路图如上图所示；
（3）控制定值电阻R两端的电压不变；
（4）①定值电阻R断路；②8；③2．