Question

6．在探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系實驗中，電池為三節新干電池，每節干電池1.5V．

（1）偉偉在探究活動中的實物連接情況如圖甲所示，請畫出對應的電路圖．
（2）偉偉正確、規范完成連接后，閉合開關，將滑動變阻器滑片從一端調節到另一端，并得到多組電流、電壓值（如表格），當電流表示數為0.5A時電壓表示數如圖乙所示，其值為2.5V．請你指出表格中錯誤的電流值是1.5A，其錯誤的原因是由于看錯量程所致．根據表格數據分析可得出結論：電阻不變時，導體中的電流與它兩端的電壓成正比．

實驗次數	1	2	3	4	5
電壓U/V	1.0	1.5	2.0		3.0
電流I/A	0.2	1.5	0.4	0.5	0.6

（3）偉偉將原電路中滑動變阻器換成標有“25Ω 2A”另一滑動變阻器，繼續探究電流與電阻關系，實驗中始終保持電壓表示數為2V，則所選用的定值電阻阻值不能超過20Ω；當他把定值電阻由5Ω換成10Ω，閉合開關后，他下一步的操作是：將變阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）移動，目的是控制定值電阻兩端的電壓為2V不變．同組的聰聰說可將電阻箱接入電路中，以代替定值電阻，你認為這樣做的好處是：可以方便的改變電阻，并且能夠讀出電阻的值．
（4）另一組的小明同學在處理數據時，將測得的電流I及對應電阻值R描點在坐標紙上，并作出了一條直線，如圖丙所示．請指出圖象中不正確的地方：①沒有將兩端的點連接；②沒有用平滑的曲線進行連線．

Answer 1

分析 （1）根據實物圖，從電源的正極出發依次連接開關、滑動變阻器、電阻、電流表，最后回到電源的負極，電壓表與電阻并聯；
（2）確定電壓表的量程和分度值，讀出電壓表的示數；
根據正確的量程讀出正確的示數，分析表格中數據，得出電流和電壓的正比例關系；
（3）根據串分壓的知識，定值電阻的阻值越大，所需滑動變阻器的電阻值越大，根據滑動變阻器的最大阻值可計算出定值電阻的最大值；
定值電阻越大，兩端電壓越大，要使電阻兩端的電壓不變，應增大滑動變阻器的阻值；
電阻箱的特點即可以方便的改變電阻值，又可以讀出電阻的示數；
（4）描點法圖象的畫法，要注意用平滑的曲線將各點連接，在取點時，盡量取點均勻．

解答 解：（1）根據實物圖，從電源的正極出發依次連接開關、滑動變阻器、電阻、電流表，最后回到電源的負極，電壓表與電阻并聯，如圖所示：

（2）由圖乙知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數為2.5V；
由表格中數據可以看出，電壓增大，電流值增大，而且增大的倍數相同，第二次的電流值1.5A很明顯不符合規律，錯誤；
根據表格中數據，可以看出電壓和電流的比值（即電阻）是一定值，且R=$\frac{U}{I}$=5Ω，可見當電壓為1.5V時，通過電阻的電流值應為：I′=$\frac{U′}{R}$=$\frac{1.5V}{5Ω}$=0.3A，1.5A是0.3A的5倍，由此可見在進行電流表的讀數時看錯量程了；
由表格中數據可見，電阻不變，電壓值增大為原來的幾倍，電流值也增大為原來的幾倍，可得電阻不變時，導體中的電流與它兩端的電壓成正比；
（3）由題意知，滑動變阻器的最大阻值為25Ω，電阻兩端的電壓為2V，電源電壓為3×1.5V=4.5V，則滑動變阻器兩端的電壓為：U_滑=U-U_R=4.5V-2V=2.5V，根據串分壓的知識可知
$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$=$\frac{R}{{R}_{滑}}$，代入數據得：
$\frac{2V}{2.5V}$=$\frac{R}{25Ω}$
解得：R=20Ω，可得所選定值電阻的阻值不能高于20Ω；
把定值電阻由5Ω換成10Ω，定值電阻兩端的電壓增大，此時應將滑片向右滑動，保持定值電阻兩端的電壓為2V不變；
采用電阻箱，可以方便的改變電阻，并且能夠讀出電阻的值；
（4）利用描點法作圖象時，要注意盡量包括所有點，并用平滑的曲線進行連接．由圖丙所示圖象可知，圖象存在的問題有：①沒有將兩端的點連接；②沒有用平滑的曲線進行連線．
故答案為：（1）見上圖；（2）2.5；1.5A；看錯量程；電阻不變時，導體中的電流與它兩端的電壓成正比；（3）20；右；控制定值電阻兩端的電壓為2V不變；可以方便的改變電阻，并且能夠讀出電阻的值；（4）①沒有將兩端的點連接；②沒有用平滑的曲線進行連線．

點評 本題是探究電流與電壓、電阻關系的實驗，考查了對控制變量法的應用，同時考查了用滑動變阻器控制電阻兩端電壓不變的方法．有關滑動變阻器最大阻值或定值電阻最大阻值的確定，要用到串聯電路的特點及串分壓的知識．題目考查全面，難度適中．