Question

11．如圖甲是某實驗小組探究“電流與電壓、電阻關系”的電路圖，使用的實驗器材有：電壓為6V的電源、電流表、電壓表各一個、開關一個、5Ω、10Ω、15Ω、30Ω的定值電阻各一個，規格為“20Ω 1A”的滑動變阻器一個，導線若干．
（1）探究電流與電壓的關系時，所測得的幾組電流、電壓值如表1所示．在第2次實驗中，電流表表的示數如圖乙所示，根據表1數據可得到結論：在電阻不變時，通過導體的電流與其兩端的電壓成正比．
表1

實驗次數	1	2	3
電壓U/V	1.0	1.5	2.0
電流I/A	0.2		0.4

（2）探究電流與電阻的關系時，所測得的幾組電流、電阻值如表2所示，
表2

實驗次數	1	2	3
電阻R/Ω	5	10	15
電流I/A	0.6	0.3	0.24

①由于操作不當，導致一組數據存在錯誤，請判斷第3次實驗的數據存在錯誤．產生錯誤的原因是沒有調節變阻器的滑片使電壓表示數不變，正確的數據應該是0.2A．
②糾正錯誤以后，該小組用30Ω的電阻替換15Ω的電阻進行了第4次實驗，發現實驗無法進行下去，為完成第4次實驗，同學們提出了下列解決方案，其中正確的是C
A．將電壓表的量程換為0～15V　　　            　B．換成電壓為12V的電源　
C．更換最大阻值大于或等于30Ω的滑動變阻器        D．可將定值電阻兩端的電壓調為1.5V．

Answer 1

分析 （1）由圖乙電流表小量程讀數，橫向比較表中數據得出結論；
（2）①根據串聯電路電壓的規律和分壓原理求出第2次實驗中變阻器連入電路中的阻值大小，再求出當換上15Ω的電阻時電流的大小及電壓表的示數，從而找到錯誤的操作及錯誤的數據，并求出正確的電流大小；
②在①的分析基礎上，可判斷出當定值為30Ω時變阻器連入電路中的電阻大小，據此作答．

解答 解：（1）圖乙中，電流表小量程分度值為0.02A，示數0.2A；實驗中使用同一電阻，電阻大小不變，橫向比較表中數據知，當電壓是原來的幾倍，通過的電流也為原來的幾倍，所以得到的結論是：在電阻不變時，通過導體的電流與其兩端的電壓成正比；
（2）①探究電流與電阻的關系時，要保持定值電阻的電壓不變，根據歐姆定律電壓表示數U_定=IR=0.6A×5Ω=3V，由串聯電路電壓的規律，變阻器分得的電壓U=6V-3V=3V，即變阻器分得的電壓等于定值電阻的電壓，根據分壓原理，變阻器連入電路中的電阻大小等于定值電阻的大小，故在第2實驗中，變阻器連入電路中電阻大小為10Ω，當接入15Ω的電阻時，電路中的總電阻大小R_總=10Ω+15Ω=25Ω，此時電流中的電流，即電流表的示數
I₃=$\frac{U}{{R}_{總}}=\frac{6V}{25Ω}$=0.24A，電壓表的示數U₃=I₃R₃=0.24A×15Ω=3.6V，所以第3次實驗數據是錯誤的，錯誤在于換上15的電阻后，沒有移動滑片保持電壓表示數不變，就直接記錄了電流表的示數；
所以，電流大小應為I′=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{3}}=\frac{3V}{15Ω}$=0.2A；
②由①分析知，變阻器連入電路中的電阻大小等于定值電阻的大小，當換上30Ω的定值電阻時，變阻器連入電路中的電阻大小也應為30Ω，即變阻器的最大阻值至少為30Ω，而現有的變阻器的最大阻值為20Ω，所以應更換最大阻值大于或等于30Ω的滑動變阻器，答案選C．
故答案為：（1）在電阻不變時，通過導體的電流與其兩端的電壓成正比；
（2）①3；沒有調節變阻器的滑片使電壓表示數不變；0.2；
②C．

點評 本題探究電流與電壓、電阻關系，考查分析控制變量法、數據歸納結論的能力、正確的實驗操作過程及對實驗器材的要求，有一定難度．