Question

10．在“探究電流與電壓的關系”實驗中，提供的器材有：電源（電壓4.5V且不變），小燈泡（標有“2.5V  0.3A”），定值電阻R （阻值為10Ω），滑動變阻器R₀（標有“50Ω?1A”），學生用雙量程電流表和電壓表，導線若干：

（1）某實驗小組經過相互討論，完成了該實驗方案的三次設計．由圖甲到圖乙，改進的理由是使電阻保持不變；接著小組再優化電路設計，由圖乙到圖丙．
（2）如圖丙，實驗中，如果出現了電流表示數為0，電壓表示數接近4.5V，電路發生的故障可能是R斷路．
（3）故障排除后，接著在圖丙所示的電路中，閉合開關S，移動變阻器滑片 P 到某位置時，發現兩電表中某一個表的指針達到滿刻度，如圖 （丁）或（戊）所示．此時電流表的示數為0.58A，電壓表的示數為3.0V．
（4）多次調節滑動變阻器，測出通過電阻R的電流和對應的電壓值，如表所示，分析數據得到結論：電阻不變，電流與電壓成正比．

U/V	1.5	2.0	2.5	3.0
I/A	0.15	0.20	0.25	0.30

（5）最后用圖丙電路“探究電流與電阻關系”，當定值電阻為10Ω時，對應的電流表示數為0.15A，接著為了測量更多組數據，又提供了15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、35Ω定值電阻各一個，其中30Ω和35Ω定值電阻不能使用．

Answer 1

分析 探究電流與電壓、電阻的關系，需采用控制變量法．
（1）探究電流與電壓的關系，需控制電阻不變，改變電阻兩端的電壓，從而改變電路中的電流；
（2）電流表示數為0，說明電路中有斷路，電壓表示數接近4.5V，說明電壓表和電源連接的部分電路無斷路；
（3）分別使電流表、電壓表滿偏，利用歐姆定律求出電壓表、電壓表的讀數，選出合適的答案；
（4）探究電流與電壓、電阻的關系時，要用到控制變量法，把握表中數據的相同點與不同點是得出結論的關鍵點；
（5）探究探究電流與電阻關系，要控制電壓不變，從這一點入手，問題就可以迎刃而解．

解答 解：
（1）探究電流和電壓的關系，需保持電阻不變，改變導體兩端的電壓，從甲圖到乙圖由燈泡換成了定值電阻，是為了使電阻保持不變；
（2）電路中出現電流表的示數為零，說明在電路中出現了斷路，電壓表有示數且接近電源電壓4.5V，說明電壓表和電源連接的部分電路無斷路，只能是電阻R處出現了斷路；
（3）電壓表選的是0～3V量程，一大格表示1V，分度值為0.1V，滿偏讀數3.0V；電流表的示數I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A；若電流表選的是0～0.6A量程，滿偏讀數0.6A；電壓表的示數U=IR=0.6A×10Ω=6V，不合適；
（4）在表中：導體的電阻一定，導體兩端的電壓從1.5V到2.0到2.5V再到3.0V，相對應的，導體中的電流從0.15A到0.20到0.25A再到0.30A．電壓增加幾倍，電流也增加幾倍，故得結論：在電阻一定時，電流與電壓成正比；
（5）當定值電阻為10Ω時，對應的電流表示數為0.15A，可以求出定值電阻兩端電壓是U=IR=10Ω×0.15A=1.5V．由于探究電流與電阻關系，所以要保證滑動變阻器兩端的電壓為3.0V，這樣可保證R兩端電壓1.5V，當滑動變阻器接入最大阻值時，電路中的電流最小為：I_最小=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{3.0V}{50Ω}$=0.06A，則允許接入的定值電阻的最大值為R_最大=$\frac{U}{{I}_{最小}}$=$\frac{1.5V}{0.06A}$=25Ω小于30Ω、35Ω，因此這兩個定值電阻不能使用．
故答案為：
（1）使電阻保持不變；
（2）R斷路；
（3）0.3A；3.0V；
（4）電阻不變，電流與電壓成正比；
（5）30Ω和35Ω．

點評 導體中的電流與導體的電阻及導體兩端的電壓有關，在探究過程中要注意控制變量法的應用，滑動變阻器在電路中的作用很重要，當探究電流和電阻的關系時，其作用是保持電阻兩端的電壓不變；當探究電流和電壓的關系時，其作用是改變導體兩端的電壓．