Question

18．物理興趣小組的同學(xué)們想探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)室有：電源、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、規(guī)格不同的定值電阻、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線等器材各若干供同學(xué)們選擇，實(shí)驗(yàn)用電路如圖a所示．

（1）圖b是某組同學(xué)尚未完成連接的實(shí)物電路，請(qǐng)你用筆畫線代替兩根導(dǎo)線完成連接（連線不交叉）．要求：滑動(dòng)變阻器的滑片P向A端移動(dòng)，電壓表示數(shù)變大．
（2）連好電路閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)較大、電壓表示數(shù)為零，則電路故障原因可能是B
A．電壓表的量程選大了         B．電阻R₀發(fā)生了短路
C．滑動(dòng)變阻器發(fā)生了斷路       D．滑動(dòng)變阻器發(fā)生了短路
（3）他們排除故障后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得多組數(shù)據(jù)記錄在下表中，在給定的坐標(biāo)紙上作出圖象，分析得出了結(jié)論．在與其他組交流時(shí)發(fā)現(xiàn)雖然各小組作出的圖象都是正確的，但是在相同的坐標(biāo)紙上有些小組的圖象卻明顯不同．請(qǐng)你利用表中數(shù)據(jù)在圖c中作出I-U圖象，并回答造成這種不同的原因：定值電阻的阻值明顯不同．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5
電壓表 示數(shù)/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
電流表 示數(shù)/A	0.12	0.19	0.25	0.28	0.38

（4）該組同學(xué)為了進(jìn)一步探究電路的性質(zhì)，他們選擇了一個(gè)電壓可調(diào)的電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)所用電路如圖d，但電壓表位置不詳，電阻R₁的阻值為8Ω，所用滑動(dòng)變阻器R₂是“10Ω 2A”和“5Ω 3A”中的一個(gè)．若某次實(shí)驗(yàn)時(shí)兩表刻度盤上的指針位置如圖e所示，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值恰為最大值的一半．請(qǐng)發(fā)揮你的聰明才智，通過(guò)計(jì)算推測(cè)他們實(shí)驗(yàn)時(shí)所用變阻器R₂的規(guī)格和R₂的電壓．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)該連成一個(gè)串聯(lián)電路，電壓表測(cè)R兩端電壓，滑動(dòng)變阻器一上一下接，根據(jù)滑動(dòng)變阻器的滑片P向A端移動(dòng)，電壓表示數(shù)變大確定接線柱的接法；
（2）電流表有示數(shù)，說(shuō)明整個(gè)電路是通路，電壓表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電壓表被短路；
（3）根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線作出圖象；可以從各組使用電阻不同分析造成實(shí)驗(yàn)作出的圖象產(chǎn)生差異的原因；
（4）讀出電流和電壓表的示數(shù)，由電路圖根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)結(jié)合歐姆定律判斷．

解答 解：
（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖應(yīng)將定值電阻與變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)定值電阻兩端電壓，滑片P向A端移動(dòng)，電壓表示數(shù)變大，根據(jù)U=IR，所以通過(guò)R電流應(yīng)變大，故變阻器阻值變小，應(yīng)將A接線柱接入電路中，如圖所示：
；
（2）根據(jù)電路圖電壓表測(cè)量燈泡兩端電壓，電流表測(cè)量電路電流；
A、如果是電壓表的量程選大了，電壓表指針擺較小，不會(huì)為0，不符合題意；
B、如果電阻R₀發(fā)生了短路，電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為零，符合題意．
C、如果是滑動(dòng)變阻器斷路，即電路為斷路，電流表、電壓表都無(wú)示數(shù)，不符合題意．
D、如果滑動(dòng)變阻器短路，電路中電流將會(huì)很大，電流表、電壓表都有示數(shù)，不符合題意．
（3）由表格數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線作出I-U圖象，如圖所示：
；
實(shí)驗(yàn)中各小組所使用的定值電阻的阻值可能各不相同，若阻值太大，電流太小，則會(huì)造成圖象不明顯；
（4）由圖e，電流表和電壓表都使用小量程時(shí)，讀出分別為I_A=0.2A，U_V=2.6V，
則R₁兩端電壓：U₁=I_AR₁=0.2A×8Ω=1.6V，
滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值恰為最大值的一半，
若使用的是規(guī)格是“5Ω 3A”，則U_變=I_AR_變=0.2A×2.5Ω=0.5V，
若使用的是規(guī)格是“10Ω 2A”，則U_變=I_AR_變=0.2A×5Ω=1V，
所以電壓表不是測(cè)R₁也不是測(cè)R₂兩端電壓，
根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)：U=U₁+U₂，若電壓表測(cè)總電壓，則使用“10Ω 2A”恰好符合電壓表示數(shù)為2.6V．
同理：若電流表和電壓表使用大量程，讀出分別為I_A=1A，U_V=13V，
使用變阻器使用“10Ω 2A”同樣是符合電壓表示數(shù)，此時(shí)U_變=I_AR_變=1A×5Ω=5V，
故實(shí)驗(yàn)時(shí)所用變阻器R₂的規(guī)格為“10Ω 2A”，R₂的電壓為1V或5V．
故答案為：（1）見(jiàn)上圖；（2）B；（3）見(jiàn)上圖；定值電阻的阻值明顯不同；（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)所用變阻器R₂的規(guī)格為“10Ω 2A”，R₂的電壓為1V或5V．

點(diǎn)評(píng) 本題以探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)考查了電流連接、故障判斷、數(shù)據(jù)分析和圖象等，第（4）問(wèn)是本題的難點(diǎn)，結(jié)合條件靈活運(yùn)用電路特點(diǎn)和歐姆定律是關(guān)鍵．