某物理学习小组为了探究“电流与电阻的关系”,设计了如图甲所示的实验电路。他们在学校实验室找来了如下一些实验器材:电压恒为3V的电源,电流表、电压表各一只,一个开关,阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻各一个,滑动变阻器“20Ω 1A”一个,导线若干。实验时连接的电路如图乙所示。
(1)连接电路前,开关应 (选填“断开”或“闭合”);
(2)实验中,改变滑动变阻器阻值的目的是使定值电阻两端的电压 ;
(3)将5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻分别接入电路中,每一次都控制定值电阻两端的电压为2.5V;当拆下5Ω的定值电阻换成10Ω的定值电阻接入电路时,如果保持滑动变阻器滑片的位置不变,会发现电压表的示数 (选填“大”或“小”)于2.5V,接下来应该移动滑片,使电压表示数回到2.5V,读出电流表的示数并记录数据……通过多次实验测得多组数据,并利用这些数据得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图象,由数据和图象可以得到的结论是 ;
(4)以上几次实验中记录电表示数时,当定值电阻消耗的电功率最小时,滑动变阻器接入电路的阻值为 Ω。
(1)断开;(2)保持不变;(3)大;(4)当导体两端电压一定时,流过导体电流与导体电阻成反比;(5)4。
【分析】(1)为保护电路,连接电路前,开关应断开;
(2)探究“电流与电阻的关系”实验中,要控制电阻的电压不变;
(3)由分压原理分析;
由数据和图象知得出电阻两端的电压为一定值得出结论;
(4)因定值电阻的电压不变,根据P=分析定值电阻消耗的电功率最小的条件,根据欧姆定律求出电路的电流,由串联电路的规律及欧姆定律得出滑动变阻器接入电路的阻值。
【解答】解:(1)为保护电路,连接电路前,开关应断开;
(2)探究“电流与电阻的关系”实验中,要控制电阻的电压不变,故改变滑动变阻器阻值的目的是使定值电阻两端的电压不变;
(3)将5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻分别接入电路中,每一次都控制定值电阻两端的电压为2.5V;当拆下5Ω的定值电阻换成10Ω的定值电阻接入电路时,如果保持滑动变阻器滑片的位置不变,由分压原理,会发现电压表的示数大于2.5V,接下来应该移动滑片,使电压表示数回到2.5V,读出电流表的示数并记录数据……通过多次实验测得多组数据,并利用这些数据得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图象,由数据和图象知,电阻两端的电压始终保持:
UV=IR=0.1A×25Ω=﹣﹣﹣﹣﹣=0.15A×5Ω=2.5V,电流与电阻之积为一定值,故可以得到的结论是:当导体两端电压一定时,流过导体电流与导体电阻成反比;
(4)因定值电阻的电压不变,当定值电阻消耗的电功率最小时,根据P=,即定值电阻取最大值20Ω,由欧姆定律,电路的电流为:I小===0.125A,
由串联电路的规律及欧姆定律,滑动变阻器接入电路的阻值为:
R滑===4Ω。
【点评】本题探究“电流与电阻的关系”,考查注意事项、控制变量法、数据分析和串联电路的规律、欧姆定律的运用及电功率公式的运用。