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BADC
电压
4 V

关断路滑动变阻器断路(或电流表断路)
电流表接小量程但按大量程读数
导体两端的电压一定时,通过导体的电流与其电阻成反比
不能
若控制电阻两端的电压为3 V,则滑动变阻器两端的电压为$ U-U_V=6\ \mathrm{V}-3\ \mathrm{V}=3\ \mathrm{V}=U_V ,$由串联分压可知,滑动变阻器的阻值等于定值电阻的阻值,实验中滑动变阻器的最大阻值为$ 20\ \Omega ,$而需要探究的最大电阻为$ 25\ \Omega ,$滑动变阻器的最大阻值偏小,不满足完成实验的要求
闭合开关,三个电阻并联接入电路,电流表测干路电流,根据并联电路电压特点可知,三个电阻两端的电压相等,但无法测出通过每个电阻的电流,所以该方案不能完成探究任务
在每一支路上分别串联一个电流表
【分析】
这道题围绕欧姆定律的两个核心探究实验展开,解题思路可以分模块梳理:
1. 探究电流与电压的关系部分:首先回忆电路连接的基本规范,连接电路时开关必须断开,闭合开关前滑动变阻器要调到最大阻值处;故障分析时,电流表无示数说明电路断路,电压表有示数说明电压表两端到电源是通的,因此故障是和电压表并联的R0断路;读取电表示数后,结合控制变量法,保持电阻不变就能得到电流和电压的正比关系,注意灯丝电阻随温度变化,无法保持电阻恒定,因此不能替代定值电阻。
2. 探究电流与电阻的关系部分:连接滑动变阻器时,要满足滑片右移接入阻值变大,就需要接滑动变阻器的左下接线柱;更换定值电阻时,为了保护电路,必须先把滑片移到最大阻值端再闭合开关,之后调节滑片控制定值电阻两端电压不变,眼睛要盯着电压表;结合串联分压规律,计算滑动变阻器最大阻值是否满足实验要求,判断能否完成对应电压的控制;最后分析无电压表的创新方案,要明确探究电流和电阻的关系需要控制电阻两端电压不变、测量每个电阻对应的电流,由此判断原方案的缺陷和改进方法。
【解析】
(一)
(1) 电流表选大量程串联在电路中,电压表选大量程并联在定值电阻$R_0$两端,按要求完成电路连接即可。
(2) 连接电路时,为保护电路,开关必须处于断开状态;闭合开关前滑动变阻器滑片要移到最大阻值处,本题中滑片移到B端时接入电阻最大。
(3) 电流表无示数说明电路断路,电压表有示数说明电压表两端连通电源,因此是$R_0$处断路,选B。
(4) 电表使用大量程,电压表量程0~15V分度值0.5V,示数为4.0V;电流表量程0~3A分度值0.1A,示数为0.8A。
(5) 控制电阻不变,多组数据显示电流随电压成正比增大,可得到对应实验结论。
(6) 灯丝的电阻会随温度升高而增大,无法保持电阻恒定,因此不能用灯丝替代定值电阻完成该实验。
(二)
(1) 滑片P向右移动时变阻器接入阻值变大,说明需要将滑动变阻器的左下接线柱接入电路,完成连线。
(2) ① 拆下5Ω电阻改接10Ω电阻,首先要将滑动变阻器滑片移到最右端(最大阻值处),再闭合开关,之后将滑片调到适当位置控制定值电阻两端电压不变,最后记录电流表示数,得到正确操作顺序。
② 探究电流与电阻的关系要控制定值电阻两端电压不变,因此换接大电阻后调节滑片时眼睛要观察电压表,由图像数据$U=IR=0.4A×10Ω=4V$可知控制的电压为4V。
(3) 闭合开关后移动滑片,电流表、电压表均不偏转,说明整个电路断路,列举合理的断路故障即可。
(4) 滑动变阻器最大阻值为20Ω,电源电压6V,控制定值电阻两端电压为4V时,滑动变阻器分压为2V,若错误将电流表小量程读数按大量程读取,就会得到不符合规律的错误数据。
(5) 控制导体两端电压一定,多组数据显示电流随电阻增大成反比减小,得到对应实验结论。
(6) 若控制电阻两端电压为3V,滑动变阻器两端分压为$6V-3V=3V$,由串联分压规律,滑动变阻器接入阻值需要和定值电阻阻值相等,实验中最大的定值电阻为25Ω,而滑动变阻器最大阻值仅为20Ω,无法满足分压要求,因此不能完成实验。
(7) ① 原电路中三个电阻并联,电流表测干路总电流,无法单独测量每个电阻对应的电流,因此不能完成探究任务。
② 要实现测量每个支路的电流,在每一支路上分别串联一个电流表即可。
【答案】
(一)
(1)
(2) 断开 B
(3) B
(4) 4.0 0.8
(5) 在电阻一定时,通过导体的电流与导体两端电压成正比
(6) 不能 温度
(二)
(1)
(2) ① BADC ② 电压 4 V
(3) 开关断路(或滑动变阻器断路或电流表断路)
(4) 电流表接小量程但按大量程读数
(5) 导体两端的电压一定时,通过导体的电流与其电阻成反比
(6) 不能,若控制电阻两端的电压为3 V,则滑动变阻器两端的电压为U-Uv=6 V-3 V=3 V=Uv,由串联分压可知,滑动变阻器的阻值等于定值电阻的阻值,实验中滑动变阻器的最大阻值为20 Ω,而需要探究的最大电阻为25 Ω,滑动变阻器的最大阻值偏小,不满足完成实验的要求
(7) ① 闭合开关,三个电阻并联接入电路,电流表测干路电流,根据并联电路电压特点可知,三个电阻两端的电压相等,但无法测出通过每个电阻的电流,所以该方案不能完成探究任务
② 在每一支路上分别串联一个电流表
【知识点】
欧姆定律探究实验;电路故障分析;串联分压规律
【点评】
本题完整覆盖了欧姆定律两个核心探究实验的全流程考点,从基础的电路连接、实验操作规范,到故障排查、数据处理,再到创新方案的设计与评估,分层设问梯度明显,既巩固了基础实验操作要点,也锻炼了学生的综合分析和创新思维能力,是欧姆定律章节的典型综合实验题。
【难度系数】
0.4