Question

小明同学用如图甲所示的电路，探究“电流与电压和电阻的关系”，电源电压15V保持不变，滑动变阻器的规格是“ 1A”，满足测量需求的电流表、电压表各一个，阻值为、 、 、 的定值电阻各1个。

(1)连接电路时开关应处于_____（填“断开”或“闭合”）状态。

(2)根据图甲所示的电路图，将图乙所示的实物图连接完整，要求闭合S后，滑片P向左移动时电流表示数变大。

（________）

(3)小明先探究“电阻一定时，电流与电压的关系”，他将阻值为的定值电阻作为接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，测出电阻两端电压及对应电流，记录在下表中。

实验次序	1	2	3	4
	3.0	4.0	5.0	6.0
	0.30	0.41		0.59

①第3次实验时，电流表的读数如图丙所示，则此时流经电阻的电流为_____A。

②分析数据，可以得出结论：在电阻一定的情况下，通过导体的电流和导体两端的电压成_____。

(4)小明再探究“电压U₀一定，电流与电阻的关系”。

①他将10Ω的电阻接入电路，闭合开关，调节滑片P到适当位置，读出电流表示数记入下表中。

②断开开关，小明用20Ω的电阻代替10Ω的电阻，闭合开关，移动滑片P使滑动变阻器接人电路的阻值_____（填“增大”或“减小”），他这样做的目的是：_____。

实验次序	1	2	3	4
R/Ω	10	20	30	40
I/A	0.60	0.30	0.20	0.15

③老师指出上表的数据中有一组数据不符合实际，你认为这是实验次序_____的数据。

④若不更换实验器材和电路，在实验过程中小明为了能够利用上述4个定值电阻，顺利得到4组I、R数据、完成实验，所保持不变的电压U₀的取值范围应满足_____。

Answer

断开； ； 0.5； 正比； 增大； 控制定值电阻两端的电压一定； 4； 6.67V~10V；

【解析】

(1)[1]连接电路时开关应处于断开状态；

(2)[2]滑片P向左移动时电流表示数变大，即电阻变小，故变阻器左下接线柱连入电路中，由表中数据，电压表示数为：

，

故电压表选用大量程与电阻并联，连接如图所示：

(3)[3]第3次实验时电流表的读数如图丙所示，电流表选用大量程，分度值为0.1A，则此时流经电阻的电流为0.5A；

[4]分析数据，考虑到误差因素，电压与电流之比：

，

故可以得出结论：在电阻一定的情况下，通过导体的电流和导体两端的电压成正比；

(4)[5][6]根据串联分压原理可知，将定值电阻由改接成的电阻，电阻变大，其分得的电压增大；探究电流与电阻的实验中应控制电阻两端的电压不变，根据串联电路电压的规律，移动滑片使滑动变阻器接入电路阻值变大，所以他这样操作的目的是控制定值电阻两端的电压一定；

[7]因电源电压15V保持不变，滑动变阻器的规格是“ ”，即变阻器的最大电阻为，在第4次实验中，根据电阻的串联和欧姆定律，电路的最小电流为：

，

大于故实验次序4的数据不符合实际；

[8]滑动变阻器的规格是“”，表示变阻器允许的最大电流为1A，因电流表选用大量程0−3A，根据串联电路电流的规律，电路中允许通过的最大电流为1A，由欧姆定律的变形公式，此时电路中的总电阻最小，所对应的定值电阻为最小电阻：，此时变阻器连入电路中电阻最小，分得的电压最小，故电压表的最大示数为：

；

当变阻器的最大电阻连入电路中时,变阻器分得的电压最大,根据串联电路电压的规律,电压表示数最小为，根据串联电路电压的规律和分压原理：

当变阻器的最大电阻为接入电路中时，对应的定值电阻最大为 即

解得控制的最小电压；

所以U0的取值范围应满足。