Question

小明用如图甲的电路探究“通过导体的电流与电阻的关系”，实验中，他始终保持定值电阻R两端的电压为6V不变。器材如下：电源（电压恒为9V），电流表（0～0.6A），电压表（0～15V），15Ω、20Ω、25Ω、30Ω和50Ω的定值电阻各一只，滑动变阻器（20Ω，1A）

(1)请按乙图电路用笔画线代替导线，将甲图实物电路连接完整（____）。

(2)小明将定值电阻接入a、b之间进行实验，在闭合开关前，应将滑片P置于图中滑动变阻器的最______（选填“左”或“右”）端。闭合开关后，小明发现电流表有示数，电压表示数始终为零，已知导线和各处的连接完好，由此推断，电路中的故障可能是______。

(3)小明将某定值电阻接入a、b之间进行实验，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表示数为6V，此时电流表的示数如图丙所示，则此时a、b间电阻大小是______Ω，当小明将50Ω定值电阻接入a、b之间进行实验时，发现无论怎样调节滑动变阻器都无法达到实验目的（电路连接完好），请提出改进方案______。

(4)若用电阻箱替换定值电阻接在a、b之间，其他实验条件不变，为完成上述实验，电阻箱的阻值调节范围是______。

（拓展）改变电源电压并换用不同规格的滑动变阻器，两电表量程可重新选择，用标有“2.5V”字样的小灯泡替换定值电阻，将滑片移到滑动变阻器的阻值最大处，闭合开关，读出两电表示数，并记录在表格第1列中；移动滑片至滑动变阻器中点，测出数据，记录在表格第2列中，分析表格中的数据可知：小灯泡正常发光时，电路的总功率为______W。

实验次数	1	2	3
电压U/V	0.9	1.5	2.5
电流I/A	0.36	0.60	1.00

Answer

右 定值电阻或电压表短路 25 换用最大电阻至少为25Ω的滑动变阻器 10Ω～40Ω 4.5

【解析】

(1)保持定值电阻R两端的电压为6V不变，故电压表选用大量程与电阻并联，如答图所示；(2)在闭合开关前，变阻器连入电路中的电阻最大，应将滑片P置于图中滑动变阻器的右端；闭合开关后，小明发现电流表有示数，说明为通路，电压表示数始终为零，已知导线和各处的连接完好，由此推断，电路中的故障可能是定值电阻或电压表短路；(3)图丙中电流表选用小量程，分度值为0.02A，示数为0.24A，由欧姆定律，电阻R＝＝＝25Ω；电源电压为9V，始终保持定值电阻R两端的电压为U表＝6V不变，由串联电路电压的规律，变阻器分得的电压为U滑＝U－U表＝9V－6V＝3V，变阻器的电压为定值电阻电压的＝0.5倍，根据分压原理，变阻器的电阻为定值电阻的0.5倍，即为0.5×50Ω＝25Ω＞20Ω，即要保持定值电阻R两端的电压为6V不变，当接入最大的定值电阻时，变阻器要连入电路中的电阻为25Ω才能完成实验，而题中变阻器的最大电阻只有20Ω，变阻器的最大电阻太小，电压表的示数调不到6V，改进方案：换用最大电阻至少为25Ω的滑动变阻器；(4)若用电阻箱替换定值电阻接在a、b之间，其他实验条件不变，电源电压为9V，电压表示数为6V：①由串联电路电压的规律，变阻器分得的电压为9V－6V＝3V，电阻箱的电压为变阻器电压的2倍，当变阻器的全部电阻连入电路中时，根据分压原理，电阻箱的最大电阻为R箱大＝2×20Ω＝40Ω；②电流表量程为0～0.6A，当电路中电流最大为I大＝0.6A时，根据欧姆定律I＝，电路的总电阻最小R小＝＝＝15Ω，因变阻器电压为电阻箱电压为的＝0.5倍由分压原理，变阻器连入电路中电阻为电阻箱电阻的0.5倍，根据串联电阻的规律R小＝R箱小＋R变＝R箱小＋0.5R箱小＝15Ω，电阻箱电阻最小为R箱小＝10Ω。故其他实验条件不变，为完成上述实验，电阻箱的阻值调节范围是10Ω～40Ω。

【拓展】将滑片移到滑动变阻器的阻值最大处，根据欧姆定律和串联电路的规律，电源电压：U＝I1R滑＋U1＝0.36A×R滑＋0.9V①，移动滑片至滑动变阻器中点时，同理有：U＝I2×0.5×R滑＋U2＝0.6A×0.5×R滑＋1.5V②，由①②得：电源电压为：U＝4.5V，分析表格中的数据可知，小灯泡正常发光时电流为1A，电路的总功率为：P＝UI＝4.5V×1A＝4.5W。