现有下列器材:学生电源(6V)、电流表(0~0.6A,0~3A)、电压表(0~3V,0~15V)、定值电阻(5...
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现有下列器材:学生电源(6V)、电流表(0~0.6A,0~3A)、电压表(0~3V,0~ 15V)、定值电阻(5Ω、10Ω、20Ω 各一个)、滑动变阻器(100Ω 0.5A),开关和导线若干,利用这些器材探究“电流与电压、电阻的关系”,如图所示:
(1)请根据图*所示的电路图用笔画线代替导线将图乙所示的实物连接成完整电路(要求滑片向右滑时,电流表示数变大);
(______)
(2)小敏同学探究电流跟电压的关系,他连好电路后闭合开关,移动滑动变阻器滑片 P,电流表有示数,电压表无示数,则故障可能是__;
(3)小敏同学排除故障后闭合开关,他调节滑动变阻器,测出通过电阻R的电流和对应的电压值,如下表所示,分析数据后发现表格中电流与电压不成正比,检查两电表均无故障,你认为可能的原因是___。通过数据可知电阻 R的阻值是___Ω;
U/V | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 |
I/A | 0.14 | 0.24 | 0.34 | 0.44 | 0.54 |
(4)小敏同学接着探究电流跟电阻的关系,他依次接入 5Ω、10Ω、20Ω 三个定值电阻, 调节滑动变阻器的滑片,保持电压表示数不变,记下电流表的示数。实验中他接入 5Ω、10Ω 定值电阻时,两次电路的电流之比为___。在不改变电路连接的情况下,为完成整个实验,电压表示数设置的范围为___V 至___V;
(5)某小组同学用图乙电路图探究欧姆定律,研究电流与电阻的关系。现有器材如下:四个定值电阻 R1(5Ω)、R2(10Ω)、R3(15Ω)、R4(20Ω),标有“60Ω 1A”的滑动变阻器,电压表(可用量程 0~3V、0~15V),电流表(可用量程 0~0.6A),导线, 开关,电源电压未知。把20Ω的电阻接入电路中,刚闭合开关时,电流为 0.05A。为了用以上四个定值电阻完成实验且确保电路安全,如果控制电压表两端的电压在 1V~ 2V范围内,滑动变阻器的取值范围为___。
【回答】
定值电阻短路 使用前电流表指针未调零 5 2∶1 1 2.5 5Ω~60Ω
【详解】
(1)要求滑片向右滑时,电流表示数变大,即电路总电阻变小因此应将电源负极与滑动变阻器右下接线柱连接,电压表负接线柱与定值电阻的右接线柱相连;如下图:
(2)电流表有示数,说明电路为通路;电压表没示数,说明电压表被短路,因此故障为R短路。
(3)检查两电表均无故障,说明测量过程正确,分析表格中数据可知:电流值都去掉0.04A时,电流值与电压值成正比,所以可能的原因是使用前电流表指针未调零。因此电阻 R的阻值是
(4) 探究电流跟电阻的关系时滑动变阻器与定值电阻串联,定值电阻两端电压始终保持不变,因此接入5Ω、10Ω 定值电阻时,两次电路的电流之比为
电路中最大电流为0.5A,因此最小总电阻为
当定值电阻最小为5Ω时,滑动变阻器阻值为
12Ω-5Ω=7Ω
结合串联电路电压规律及串联电路电压比等于电阻比可得
可解得,因为在实验过程中要保*定值电阻两端电压不变,因此分压相同,当接如最大电阻20Ω时,滑动变阻器阻值为28Ω<100Ω,符合题意。
当接入电路电阻最大时,此时定值电阻阻值为20Ω,变阻器阻值为100Ω,则结合串联电路电压规律及串联电路电压比等于电阻比可得
可解得,综上所述电压表的取值范围为1V~2.5V之间。
(5)把20Ω的电阻接入电路中,刚闭合开关时,滑动变阻器接入电路中的电阻最大,则电源的电压
设电压表的示数为UR,则滑动变阻器两端的电压
U滑=U-UR
由串联电路的电流特点可得,电路中的电流
则
当UR=1V时
四个定值电阻对于滑动变阻器接入电路中的电阻为15Ω、30Ω、45Ω、60Ω,即滑动变阻器接入电路中电阻的范围为15Ω~60Ω,当UR=2V时
四个定值电阻对于滑动变阻器接入电路中的电阻为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω,即滑动变阻器接入电路中电阻的范围为5Ω~20Ω,综上可知,滑动变阻器的阻值变化范围为5Ω~60Ω。
知识点:电流与电压和电阻的关系
题型:实验,探究题
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