某学习小组在“探究通电导体中的电流与电阻的关系”实验中,连接了如图甲所示的电路(电源电压保持4.5V不变)。
(1)用笔画线代替导线将图甲实物电路连接完整;(要求:滑动变阻器的滑片P向左移动时,电路中电流变大;导线不得交叉)
(2)连接好电路,闭合开关,发现电压表示数等于电源电压,电流表有示数,移动滑片,电表示数不变,则故障为滑动变阻_________;
(3)探究通电导体中的电流与电阻的关系实验要在电压一定时进行,图乙是小组根据测得的实验数据绘制的电流I随电阻R变化的图像。由图像可知R两端的电压为________V;当R的电阻由5Ω更换为10Ω时,闭合开关后,为使R两端的电压________ (选填“改变”或“不变”),滑动变阻器的滑片应向____(选填“左”或“右”)端滑动;若实验中R的阻值分别是5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω,为了保证完成实验,则滑动变阻器的阻值至少是________Ω。
(1). (2). 被短路 (3). 3 (4). 不变 (5). 右 (6). 12.5
【解析】(1)滑动变阻器的滑片P向左移动,电路中电流变大,即电阻变小,故变阻器左下接线柱连入电路中与电阻串联,如下所示
(2)连接好电路,闭合开关,电流表有示数,即电路中有电流通过,则故障类型为短路,电压表示数等于电源电压,只能是滑动变阻被短路。
(3)图乙是小组根据测得的实验数据绘制的电流I随电阻R变化的图象,由图象可知R两端的电压为
U=IR=0.6A×5Ω=3V
探究电流与电阻的实验中应控制电压不变,即保持电阻两端的电压不变。
根据串联电路电压的规律可知,应增大滑动变阻器分得的电压,由分压原理,应增大滑动变阻器连入电路中的电阻,所以滑片应右端移动,使电压表的示数仍为3V。
电压表控制的电压为3V,根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压
U滑=4.5V-3V=1.5V
变阻器分得的电压为电压表示数的0.5倍,根据分压原理,当接入25Ω电阻时,变阻器连入电路中的电阻为
R滑=0.5×25Ω=12.5Ω
故为了完成整个实验,应该选取最大阻值至少为12.5Ω的滑动变阻器。