Question

18．甲、乙兩小組探究“電流與電壓和電阻的關系”．實驗室提供的實驗器材有：電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一個，開關一個，四個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動變阻器（規格分別為“20Ω 2A”和“50Ω 1A”），小燈泡一只（正常發光時電壓為2.5V），導線若干．

（1）甲小組探究“電流與電壓的關系”：
①請你根據圖甲的電路圖用筆畫線代替導線將圖乙中的實物電路連接完整．
②連接電路時，開關應當斷開；開關閉合前，滑動變阻器的滑片P應該滑至最右（左/右）端．
③他們將5Ω的電阻接入電路，檢查無誤后閉合開關，發現電壓表無示數，電流表有示數，造成這一現象的原因可能是定值電阻短路（或電壓表短路、或電壓表斷路）（寫出一條即可）．
④排除故障后進行實驗得到的數據如下表，由此可得到的實驗結論是電阻一定時，電流與電壓成正比；．

電壓U/V	1.0	1.5	3.0
電流I/A	0.2	0.3	0.6

（2）乙小組探究“電流與電阻的關系”：
①將5Ω的電阻接入電路，檢查無誤后閉合開關，移動滑片，使電壓表的示數為1.5V，并記下相應的電流值．當R的電阻由5Ω更換為10Ω時，滑片應向右（填“左”或“右”）端移動直到電壓表的示數為1.5V，讀出電流表的示數．
②為了完成用四個定值電阻進行的實驗，應選擇滑動變阻器的規格是“50Ω1A”．
③他們用小燈泡替換定值電阻，移動滑片，使小燈泡正常發光，電流表示數如圖丙所示，則小燈泡正常發光時的電阻約為7.4Ω（保留一位小數）．

Answer 1

分析 （1）①按照圖甲的電路圖，將圖乙中還未連入的電壓表和滑動變阻器接入電路，電壓表應并聯到定值電阻兩端，滑動變阻器按照“一上一下”連入電路；
②連接電路時，為保護電路，開關應斷開，滑動變阻器連入電路中的電阻最大；
③電流表有示數，表明電流表所在電路接通；電壓表無示數表明電阻短路，或電壓表斷路，或電壓表短路；
④分析數據得出結論；
（2）①要探究電流和電阻之間關系，必須保持電阻兩端的電壓不變，根據分壓原理和串聯電路電壓的規律確定滑片移動的方向；
②由串聯電路電壓規律和分壓原理求出滑動變阻器接入電路的阻值，進而選擇合適的滑動變阻器；
③確定電流表選擇的量程和分度值，讀出示數，由歐姆定律求電阻大小．

解答 解：（1）①把定值電阻、滑動變阻器串聯接入電路，電壓表并聯在電阻兩端，滑動變阻器已接了左下的接線柱，所以應將其上面的一個接線柱接入電路中，如下圖所示：

②連接電路時，為保護電路，開關應斷開，滑動變阻器連入電路中的電阻最大，即滑片移動到最右端；
③電流表有示數，表明電路接通；電壓表無示數表明定值電阻短路，電壓表相當與和一段導線并聯，故無示數；或者電壓表斷路（或電壓表短路）．
④分析數據可知，當電壓為原來的幾倍，通過的電流也變為原來的幾倍，故得出結論是：電阻一定時，電流與電壓成正比．
（2）①用10Ω的電阻替代5Ω的電阻，定值電阻變大，根據分壓原理，電壓表示數變大，因研究電流與電阻的關系時，要控制定值電阻的電壓不變，應減小定值電阻的電壓，根據串聯電路電壓的規律，應增大變阻器分得的電壓，由分壓強原理，就要增大變阻器連入電路中的電阻大小，即滑片向右移動，直到定值電阻兩端電壓為1.5V；
②由圖可知，R=20Ω的定值電阻和滑動變阻器串聯，電壓表測定值電阻兩端的電壓，因電壓表示數保持1.5V不變，根據串聯電路電壓的規律，變阻器分得的電壓為4.5V-1.5V=3V，即變阻器分得的電壓是定值電阻的$\frac{3V}{1.5V}$=2倍，根據分壓強原理，變阻器連入電路中的阻值為定值電阻的2倍，為2×20Ω=40Ω時，即變阻器的最小阻值，故為了完成用四個定值電阻進行實驗，應選擇滑動變阻器的規格是“50Ω 1A”（因電流表選用小量程，故電路中電流不會超過0.6A＜1A）．
③當小燈泡正常發光時，其兩端的電壓U=2.5V，電流表選擇0～0.6A量程，分度值為0.02A，示數為0.34A，即I=0.34A，小燈泡正常發光時的電阻約為R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.34A}$=7.4Ω．
故答案為：（1）①見上圖；②斷開；右；
③定值電阻R短路（或電壓表短路、或電壓表斷路）；④電阻一定時，電流與電壓成正比；
（2）①右；1.5；②“50Ω  1A”；③7.4．

點評 此題為探究“電流與電壓和電阻的關系”實驗，考查學生對電路的連接、電路故障的分析、數據分析能力、操作過程、電阻的計算、器材的選擇及控制變量法的運用等知識，綜合性強，難度較大，是中考常見題型．