变式2.1 （2023·深圳宝安区三模）探究“电流与电阻的关系”时，可供选择的实验器材有：3节新的干电池（电压为4.5 V）、电流表、电压表、滑动变阻器（标有“20 Ω 2 A”字样）、定值电阻5个（5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、50 Ω），开关一个，导线若干。小静等同学设计了如图甲所示的电路图。

(1)请用笔画线代替导线将图乙中的实物图连接完整，要求：滑片向右移动时电阻变大。
(2)闭合开关，电流表无示数，电压表有示数，并接近电源电压，则故障原因是。
(3)排除故障后，将定值电阻由5 Ω更换为10 Ω时，应向（填“左”或“右”）适当调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变。
(4)图丙是根据实验数据画出的定值电阻的I-R图像，其中阴影部分面积表示的物理量是，其数值为。
(5)实验中，在接入50 Ω的定值电阻后，小静同学无论怎样移动滑片，都不能使电压表示数达到原来的数值，为了能完成这次实验，小静采取的措施可行的是。
A. 调高电源电压
B. 更换一个最大阻值为30 Ω的滑动变阻器
C. 再串联一个10 Ω的电阻
D. 将电压表改接到滑动变阻器两端

(1)如图所示
(2)定值电阻断路
(3)右
(4)电阻两端的电压 3 V
(5)B、C
解析：(1)滑动变阻器接一个上接线柱和一个下接线柱串联在电路中，要求滑片向右移动时电阻变大，则应将滑动变阻器的左下接线柱接入电路，如图所示。(2)若电流表没有示数，说明电路可能断路；电压表有示数，说明故障为与电压表并联的定值电阻断路。(3)根据串联分压原理可知，将定值电阻由5 Ω改接成10 Ω的电阻，电阻分得的电压增大；探究电流与电阻的实验中应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，由分压原理知，应增大滑动变阻器连入电路中的阻值，所以滑片应向右端移动，使电压表示数保持不变。(4)根据画出I-R图像(如题图丙)知，图中阴影面积为长方形，其面积等于$IR$，由欧姆定律得$U=IR$，阴影面积表示的物理量是电阻两端的电压，其数值为$U=IR=0.6\ \mathrm{A} × 5\ \Omega=3\ \mathrm{V}$。(5)设电源电压为$U$，定值电阻两端的电压为$U_{\mathrm{V}}$，当接入50 Ω的定值电阻时，则$\frac{U-U_{\mathrm{V}}}{R_{\mathrm{滑}}}=\frac{U_{\mathrm{V}}}{R}$，即$\frac{U-3\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=\frac{3\ \mathrm{V}}{50\ \Omega}$，解得电源电压为$U=4.2\ \mathrm{V}$，所以降低电源电压可以完成这次实验，故A错误；为了能完成这次实验，根据串联分压的规律可得$\frac{U'-U_{\mathrm{V}}}{R_{\mathrm{滑大}}}=\frac{U_{\mathrm{V}}}{R}$，即$\frac{4.5\ \mathrm{V}-3\ \mathrm{V}}{R_{\mathrm{滑大}}}=\frac{3\ \mathrm{V}}{50\ \Omega}$，解得滑动变阻器的最大阻值为$R_{\mathrm{滑大}}=25\ \Omega$，所以更换一个最大阻值为30 Ω的滑动变阻器可以完成这次实验，故B正确；若通过串联一个电阻完成此次实验，则串联的电阻阻值最小为$R_{\mathrm{滑大}}-R_{\mathrm{滑}}=25\ \Omega-20\ \Omega=5\ \Omega$，$10\ \Omega＞5\ \Omega$，故再串联一个阻值10 Ω的电阻可以完成实验，故C正确；将电压表改接到滑动变阻器两端，电压表原来测定值电阻两端的电压，现在测滑动变阻器两端的电压，对改变定值电阻两端的电压大小没有影响，无论怎样移动滑片，都不能使定值电阻两端的电压达到原来的数值，所以不能完成这次实验，故D不符合题意。故选B、C。

【分析】
本题是探究“电流与电阻的关系”的电学综合实验题，需结合滑动变阻器的使用规则、电路故障分析、串联分压原理、欧姆定律及实验方案设计逐一解决问题：
1. 第(1)题：滑动变阻器要求滑片右移时电阻变大，需接入“一上一下”接线柱，下接线柱选左（滑片右移时接入电阻丝变长，电阻变大），上接线柱任选一个完成连接。
2. 第(2)题：电流表无示数说明电路断路，电压表有示数且接近电源电压，说明电压表串联在电路中，故障为定值电阻断路。
3. 第(3)题：换用更大定值电阻后，定值电阻分压增大，需保持其两端电压不变，根据串联分压，要增大滑动变阻器的分压，需增大滑动变阻器接入电阻，对应滑片右移。
4. 第(4)题：I-R图像中阴影面积为I与R的乘积，由欧姆定律U=IR，可知其表示定值电阻两端的电压，结合图像数据可计算数值。
5. 第(5)题：接入50Ω定值电阻时，需计算所需滑动变阻器的最大阻值，结合选项分析可行方案。
【解析】
(1) 滑动变阻器按“一上一下”接线，要求滑片右移时电阻变大，故下接线柱接左，上接线柱任选一个，连接后如图所示。
(2) 电流表无示数说明电路断路；电压表有示数且接近电源电压，说明电压表与电源连通，故障为定值电阻断路（此时电压表串联，测电源电压）。
(3) 根据串联分压，定值电阻由5Ω换为10Ω时，其分压增大；探究电流与电阻的关系需保持定值电阻两端电压不变，因此需增大滑动变阻器的分压，即增大滑动变阻器接入电阻，故滑片向右移动。
(4) 图丙中阴影部分为I与R的乘积，由欧姆定律U=IR，可知其表示定值电阻两端的电压；当R=5Ω时，I=0.6A，故电压U=IR=0.6A×5Ω=3V。
(5) 接入50Ω定值电阻时，要保持其两端电压为3V，由串联分压得滑动变阻器需25Ω：
A选项：调高电源电压会使定值电阻两端电压更大，无法保持3V，错误；
B选项：更换最大阻值为30Ω的滑动变阻器，30Ω＞25Ω，可行；
C选项：串联10Ω电阻，总电阻可满足25Ω，可行；
D选项：电压表改接滑动变阻器，无法改变定值电阻两端电压，错误。故选B、C。
【答案】
(1) 如图所示
(2) 定值电阻断路
(3) 右
(4) 电阻两端的电压；3 V
(5) B、C
【知识点】
探究电流与电阻的关系、滑动变阻器的使用、欧姆定律
【点评】
本题为电学实验综合题，全面考查了电路连接、故障分析、实验操作、图像分析及实验方案设计，需熟练掌握串联分压、欧姆定律等核心知识，是中考电学实验的典型题型。
【难度系数】
0.6