Question

6．為了探究電流跟電壓、電阻的關系，小剛同學設計了圖甲所示的電路．

（1）請根據電路圖，用筆畫線代替導線將圖乙中未連成完整的電路連接起來（導線不能交叉）．
（2）若電路元件完好，但小剛連完最后一根導線后發現兩個表的指針發生偏轉，并且指針總在晃動，造成上述現象的原因分別是連接電路時開關沒有斷開；電路某處連線接觸不良．
（3）排除故障后，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數為2V，讀取并記下電流值；再將5Ω的電阻改接成10Ω的電阻，發現電壓表示數大于2V，于是他下一步的操作是：將滑動變阻器的滑片向右（選填“左”或“右”）滑動，使電壓表示數為2V，并記下電流值．
（4）小剛在實驗中國，當換上15Ω的定值電阻時，無論怎樣移動滑片，電壓表示數都不能回到2V，此現象的解決辦法是換一個最大阻值大一點的變阻器繼續實驗（或在第一次接入5Ω的定電阻時，移動滑片，使電壓表示數為2.5V或降低電源電壓，合理即可）．
（5）探究電流與電壓關系時，小剛把測的數據記錄在下表中，分析表中數據，得到的結論是電阻一定時，電流與電壓成正比．

次序	1	2	3
電壓/V	1.0	1.5	2.0
電流/V	0.10	0.15	0.20

Answer 1

分析 （1）由表中數據確定電壓表的量程，將電流表與電阻串聯，將電壓表并聯在電阻的兩端；
（2）為保護電路，連接電路時，開關應斷開；指針總在晃動，即電流大小在變化，說明電路某處接觸不良；
（3）研究電流跟電阻的關系時，應控制電壓不變，根據串聯電路電壓的規律及分壓原理確定滑片移動的方向；
（4）根據分壓原理，電壓的分配與電阻成正比，由串聯電路電壓的規律結合數學知識對等式進行變形，并分3種情況討論：a、電源電壓不變，電壓表示數不變時，對變阻器的要求；b、電源電壓不變，不更換變阻器的條件下，對電壓表的示數的要求；c、不更換變阻器，也不改變電壓表的示數，對電源電壓的要求；
（5）分析數據得出結論．

解答 解：（1）由表中數據，電壓表均選用小量程，選將電流表與電阻串聯，再將電壓表并聯在電阻的兩端，如下圖所示：

（2）連接電路的過程中應該斷開開關，檢查無誤后方可閉合開關；小剛連完最后一根導線后就發現兩個表的指針發生偏轉，說明連接電路時開關是閉合的，指針總在晃動，說明某處接觸不良．
（3）將5Ω的電阻改接成10Ω的電阻，發現電壓表示數大于2V，因研究電流跟電阻的關系時，應控制電壓不變，根據串聯電路電壓的規律，應增大變阻器分得的電壓，根據分壓原理，變阻器連入電路中的電阻應變大，即將滑動變阻器的滑片向右滑動，直到電壓表示數為2V；
（4）變阻器與定值電阻串聯，根據分壓原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}=\frac{{R}_{滑}}{R}$，根據串聯電路電壓的規律有：$\frac{U{-U}_{R}}{{U}_{R}}=\frac{U}{{U}_{R}}-1=\frac{{R}_{滑}}{R}$…①，因電源電壓U為定值，電阻的電壓U_R=2V保持不變，所以$\frac{{R}_{滑}}{R}$也為定值，故當換上較大的定值電阻R時，為保持電壓表示數不變，滑動變阻器連入電路中的電阻也應增大，所以小剛在實驗中，當換上15Ω的定值電阻時，無論怎樣移動滑片，電壓表示數都不能回到2V，是因原來變阻器的最大電阻小的原因，所以此現象的解決辦法是換一個最大阻值大一點的變阻器繼續實驗；
由①知，當定值電阻R增大時，如不更換變阻器，則$\frac{{R}_{滑}}{R}$變小，等式左邊也變小，$\frac{U}{{U}_{R}}$變小，可以采取兩種辦法，一是電源電壓U不變，適當增大電壓表的示數（定值電阻的電壓）；二是保持電壓表示數（定值電阻的電壓）不變，適當降低電源電壓U；
（5）由表中數據可知，當電壓為原來的幾倍時，通過的電流變為原來的幾倍，所以得出的結論是：電阻一定時，電流與電壓成正比．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）連接電路時開關沒有斷開；電路某處連線接觸不良．
（3）右；電壓表示數為2V
（4）換一個最大阻值大一點的變阻器繼續實驗（或在第一次接入5Ω的定電阻時，移動滑片，使電壓表示數為2.5V或降低電源電壓，合理即可）
（5）電阻一定時，電流與電壓成正比．

點評 本題探究電流跟電壓、電阻的關系，考查電路的連接、控制變量法的運用、反常現象的分析、操作過程、分析數據歸納結論的能力及實驗中可能出現的問題靈活分析解決的能力和分類討論的能力，綜合性強，難度大，對能力要求高，是一道好題．