Question

12．如圖所示是小俊同學“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”的電路圖．所用實驗器材是：電源（4.5V）、電流表（0～0.6A）、電壓表（0～3V）、電阻箱R（0～999.9Ω）、滑動變阻器R′（50Ω2A）、開關、導線若干．
表一

實驗序號	電壓U/V	電流I/A
1	2.0	0.20
2	2.5	0.25
3	3.0	0.30

表二

實驗序號	電阻R/Ω	電流I/A
1	10	0.30
2	20	0.15
3	30	0.10

（1）探究“電流與電壓的關系”時，所測得的幾組電流、電壓值見表一．分析表中數據可知：當導體的電阻一定時，通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比關系；
（2）探究“電流與電阻的關系”時，小俊完成了表二的第1次實驗后，先斷開開關，將電阻箱的阻值從10Ω改成20Ω，接著閉合開關，下一步的操作應將滑片P向右（選填“左”或“右”）移動；
（3）就本實驗所用器材，在探究“電流與電阻的關系”時，若保持電阻箱兩端的電壓為2V，為能完成實驗，電阻箱可接入電路的阻值范圍是3.3Ω-40.0Ω（保留一位小數）．

Answer 1

分析 （1）研究電流與電壓的關系時，要控制電阻不變，由表中數據，求出電壓與對應的電流之比得出結論；
（2）根據控制變量法，研究電流與電阻的關系時，需控制定值電阻的電壓相同，當換上大電阻時，根據分壓原理確定電壓表示數的變化，由串聯電路電壓的規律結合分壓原理確定滑片移動的方向；
（3）根據串聯電路電壓的規律求出變阻器分得的電壓，根據分壓原理確定變阻器的連入電路中的電阻為定值電阻的關系：
根據電流表確定電路中的最大電流，由歐姆定律求出電路的最小電阻，從而求出定值電阻的最小值；
當變阻器最大電阻接入電路時，求出定值電阻的最大值．

解答 解：（1）研究電流與電壓的關系時，要控制電阻不變，由表中數據，電壓與對應的電流之比：
$\frac{U}{I}$=$\frac{2.0V}{0.20A}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=$\frac{3.0V}{0.30A}$=10Ω（定值），
故得出的結論：當導體的電阻一定時，通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比關系；
（2）根據串聯分壓原理可知，將定值電阻由10Ω改接成20Ω的電阻，電阻增大，其分得的電壓增大；
探究電流與電阻的實驗中應控制電壓不變，應保持電阻兩端的電壓不變，根據串聯電路電壓的規律可知，應增大滑動變阻器分得的電壓，由分壓原理，應增大滑動變阻器連入電路中的電阻，所以滑片應向右端移動，使電壓表的示數保持不變；
（3）Ⅰ、因電流表量程為0-0.6A，故電路中最大電流為0.6A，由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，電路的最小電阻：
R_總小=$\frac{U}{{I}_{大}}$=$\frac{4.5V}{0.6A}$=7.5Ω-----①，
若保持電阻箱兩端的電壓為2V，根據串聯電路電壓的規律，變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U_表=4.5V-2V=2.5V，
變阻器的電壓為定值電阻電壓的$\frac{2.5V}{2V}$=1.25倍，根據分壓原理，變阻器的連入電路中的電阻為定值電阻的1.25倍，R_滑小=1.25R_小，
根據電阻的串聯，
R_總小=R_滑小+R_小=2.25R_小------②，
由①②，定值電阻的最小值：
R_小≈3.3Ω；
Ⅱ、當變阻器的最大電阻連入電路時，R_滑大=50Ω，因變阻器的連入電路中的電阻為定值電阻的1.25倍，故定值電阻的最大值為：
$\frac{1}{1.25}$×50Ω=40Ω，
即若保持電阻箱兩端的電壓為2V，為能完成實驗，電阻箱可接入電路的阻值范圍是：3.3Ω-40.0Ω．
故答案為：（1）正比；（2）右；（3）3.3Ω-40.0Ω．

點評 本題探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系，考查控制變量法以的運用和數據分析、操作過程及對實驗器材的要求．