3. (2024·德州)探究电流与电阻的关系时,实验器材有：学生电源、电流表、电压表、滑动变阻器($20\Omega\ 2A$)、开关一个、定值电阻$5$个($5\Omega$、$10\Omega$、$15\Omega$、$20\Omega$、$50\Omega$)、导线若干。

(1)请用笔画线代替导线将图甲中的实物电路图连接完整,要求：滑片$P$向右移动时电压表示数变大,导线不交叉。
(2)连接好电路,将电源电压调至$4.5V$,滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关$S$,移动滑片$P$,发现电流表无示数,电压表示数始终接近电源电压。导致这一现象的原因可能是()
A. 滑动变阻器断路
B. 定值电阻$R$断路
C. 定值电阻$R$短路
(3)排除故障后利用前$4$个定值电阻进行实验,图乙是根据实验数据得到的$I-R$图像。
①其中阴影部分的面积表示的物理量是______,其值为______。
②由图乙可得出结论：在电压一定时,______。
(4)实验时更换阻值为$50\Omega$的定值电阻后,无论怎样移动滑动变阻器的滑片都不能使电压表示数达到设定的数值。为了能完成这次实验,下列措施可行的是()
A. 调高电源电压
B. 将电压表改接到滑动变阻器两端
C. 在电源和开关之间串联一个阻值为$15\Omega$的电阻

(1)如图所示 (2)B (3)①定值电阻两端的电压 3V
②通过导体的电流与导体的电阻成反比 (4)C

解析:(1)由题意可知,电阻 R 应与滑动变阻器串联,电压表测电阻 R 两端的电压;滑片 P 向右移动时电压表示数变大,根据串联电路分压规律可知,滑动变阻器两端的电压变小,滑动变阻器接入电路的阻值变小,故滑动变阻器选用右下接线柱与电阻 R 右端接线柱相连,如答图所示. (2)闭合开关 S,移动滑片 P,发现电流表无示数,说明电路可能断路,电压表示数始终接近电源电压,说明电压表与电源正、负极相连,则与电压表并联的电路断路了,即导致这一现象的原因可能是定值电阻 R 断路. (3)①由题图乙可知,阴影部分的面积是电流和电阻的乘积,所以表示的物理量是定值电阻两端的电压,其值为 $ 0.2A × 15Ω = 3V $. ②由题图乙可知,定值电阻两端的电压为定值,故可得出结论:在电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比. (4)实验时更换阻值为 50Ω 的定值电阻后,无论怎样移动滑片都不能使电压表示数达到设定的数值,原因是滑动变阻器的最大阻值太小或电源电压太大,为了能完成这次实验,滑动变阻器的最大阻值应满足关系式 $ \frac{U - U_V}{R_{滑大}} = \frac{U_R}{R} $,即 $ \frac{4.5V - 3V}{R_{滑大}} = \frac{3V}{50Ω} $,解得 $ R_{滑大} = 25Ω $,
题中的滑动变阻器最大阻值为 20Ω,则在电源和开关之间串联一个阻值不小于 $ 25Ω - 20Ω = 5Ω $ 的电阻即可完成这次实验,C 正确;若调高电源电压,滑动变阻器分得的电压更大,需要接入电路的阻值更大,故为完成实验,应降低电源电压,A 错误;将电压表改接到滑动变阻器的两端,并不能改变滑动变阻器的最大阻值,所以不能完成这次实验,B 错误.