Question

9．探究：通過導體的電流與導體兩端電壓及導體電阻的大小有什么關系？
[猜想]
①導體的電阻一定時，通過導體的電流與其兩端電壓成正比．
②導體兩端的電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比．
[實驗器材]
電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一只，開關一個，三個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω），兩只滑動變阻器（20Ω2A、50Ω1A），導線若干．
[實驗過程]（1）根據如圖所示實物圖在虛線框內畫出電路圖．

（2）小明按如圖正確連接電路后，閉合開關，發現電流表有示數，電壓表指針超過量程．小明操作中的錯誤是沒有將滑動變阻器滑片移到最大阻值處．
（3）小明改正錯誤后繼續實驗，通過改變定值電阻R兩端的電壓，測得電流、電壓的值如表一．小明實驗時選擇的電阻值是10Ω．分析數據可得出結論導體的電阻一定時，通過導體的電流與導體的電壓成正比．
表一                                   

電壓U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8
電流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28

表二

電阻R/Ω	5	10	15
電流I/A	0.30	0.15	0.10

（4）小紅在探究猜想②時，先將5Ω的電阻連入電路中，閉合開關，移動滑片，使與電阻并聯的電壓表的示數為1.5V，并記下電流值；再分別改接10Ω、15Ω的電阻時，電壓表的示數將變大，應向右移動滑動變阻器的滑片，得到了表二中的實驗數據．
（5）小紅在探究猜想②時使用的滑動變阻器的規格是50Ω 1A．

Answer 1

分析 （1）根據如圖所示實物圖畫出電路圖：
（2）為保護電路，閉合開關前，變阻器連入電路中的阻值最大；
（3）由表一中數據根據歐姆定律求電阻；分析表中數據得出結論；
（4）由表二中數據根據歐姆定律求電壓，研究電流與電阻的關系時，要控制電阻的電壓不變，換上較大電阻時，先根據分壓原理確定電壓表示數的變化，再由串聯電路電壓規律確定滑片移動的方向；
（5）根據串聯電路電壓的規律和分壓原理確定變阻器接入電路中阻值，確定變阻的規格．

解答 解：
（1）根據如圖所示實物圖畫出電路圖：

（2）小明按如圖正確連接電路后，閉合開關，發現電流表有示數，說明電路為通路，電壓表指針超過量程，說明變阻器分得的電壓太小，故沒有將滑動變阻器滑片移到最大阻值處；
（3）小明改正錯誤后繼續實驗，通過改變定值電阻R兩端的電壓，測得電流、電壓的值如表一．由表中數據，根據歐姆定律的變形公式R=$\frac{U}{I}$=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}=\frac{1.2V}{0.12A}$=10Ω，即小明實驗時選擇的電阻值是10Ω，分析數據，電壓表與電流的比值為一定值，故可得出結論：導體的電阻一定時，通過導體的電流與導體的電壓成正比；
（4）由表中數據可知，將5Ω的電阻連入電路中，閉合開關，電流表示數為0.3A，根據歐姆定律的變形公式，與電阻并聯的電壓表的示數為U=IR=0.3A×5Ω=1.5V；再分別改接10Ω、15Ω的電阻時，根據分壓原理，電壓表的示數將變大，小紅在探究猜想②時，要控制電壓表示數不變，根據串聯電路電壓的規律，應增大變阻器分得的電壓，由分壓原理，要減小變阻器連入電路中的電阻，故應向右移動滑動變阻器的滑片，得到了表二中的實驗數據；
（5）根據串聯電路電壓的規律，變阻器分得的電壓U_滑=4.5V-1.5V=3V，變阻器分得電壓為電壓表示數的$\frac{3V}{1.5V}$
=2倍，由分壓原理，當定值電阻為15Ω時，變阻器連入電路 中的電阻為2×15Ω=30Ω＞20Ω，因電流最大為0.3A，故選用50Ω1A變阻器．
故答案為：（1）如上所示；（2）沒有將滑動變阻器滑片移到最大阻值處；
（3）10Ω；導體的電阻一定時，通過導體的電流與導體的電壓成正比；
（4）1.5V；變大；右；（5）50Ω1A．

點評 本題研究通過導體的電流與導體兩端電壓及導體電阻的大小有什么關系，考查電路的連接、注意事項、電阻的計算，數據的處理、操作過程、控制變量法的運用和器材的選擇．