Question

同學們在做教材上的電學實驗時，發現2B、HB鉛筆芯的軟硬不同，其實驗效果亦不同．他們猜想鉛筆芯的電阻可能與其軟硬程度有關．于是同學們做實驗來檢驗其猜想是否正確．

（1）林清同學的設計思路如圖1所示，請指出她設計中的錯誤和不足．
林清同學的設計思路：把HB和2B鉛筆分別接入電路中，比較燈泡的亮度就可以驗證猜想了．
錯誤：

 

；
不足：

 

；
（2）偉鵬同學說：“還是用‘伏安法’測量它們的電阻進行比較吧”．請你寫出他的實驗方案．要求：
①畫出電路圖2；（鉛筆芯用“”表示）
②寫出實驗步驟；
a．按照電路圖連接實物電路．取

 

和

 

相同的2B、HB鉛筆芯分別接入A、B間；
b．閉合開關S，讀出電壓表和電流表的示數分別為U和I，并把數據記錄在表格中；
c．根據公式R=

U

I

計算出2B、HB鉛筆芯的電阻值，并進行比較．
③請你進行分析論證，說明鉛筆芯的電阻與其軟硬程度是否有關：

 

．

Answer 1

分析：（1）影響電阻的因素有：導體長度、橫截面積、材料、溫度，實驗探究時應采用控制變量法，在研究導體的電阻與導體硬度的關系時，需選擇材料、橫截面積、長度都相同，硬度不同材料的鉛筆進行實驗；
（2）①伏安法測電阻是指：用并聯在鉛筆芯兩端的電壓表測電壓，用與鉛筆芯串聯的電流表測電流，保護電路和改變鉛筆芯兩端電壓的滑動變阻器串聯在電路中，然后與電源、開關組成電路；
②按電路圖連接實物圖，分別測量2B、HB鉛筆芯的電阻；
③進行比較，如果電阻相等與鉛筆芯的硬度無關，如果不相等與鉛筆芯的硬度有關；

解答：解：（1）探究電阻大小跟材料的關系時，要保證鉛筆芯的長度和橫截面積相等，
因此該實驗的錯誤之處是：沒有控制變量，應保證兩支鉛筆芯的長短粗細相同不足；
不足：先后兩次觀察比較燈的亮度不如同時觀察比較燈的亮度更直觀、更明顯（或若阻值相近，燈的亮度變化不明顯，或通過視覺判斷燈的亮度不可靠）；
（2）①電流表與鉛筆芯串聯，電壓表并聯在鉛筆芯兩端，滑動變阻器串聯在電路中，開關串聯在電路中，然后與電源、開關組成電路，如下圖所示：

②實驗步驟：a．按照電路圖連接實物圖電路，取長度和橫截面積相同的2B和HB鉛筆芯分別接入A、B間；
b．閉合開關S，分別讀出電壓表和電流表的示數為U和I；
c．根據R=

U

I

，計算2B和HB鉛筆芯的電阻值，并進行比較；
③進行分析論證：若2B和HB鉛筆芯的電阻值相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度無關；
若2B和HB鉛筆芯的電阻值不相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度有關．
故答案為：
（1）沒有控制變量，應保證兩支鉛筆芯的長短粗細相同不足；先后兩次觀察比較燈的亮度不如同時觀察比較燈的亮度更直觀、更明顯（或若阻值相近，燈的亮度變化不明顯，或通過視覺判斷燈的亮度不可靠）；
（2）①如上圖所示；
②a．長度；橫截面積；
③若2B和HB鉛筆芯的電阻值相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度無關；若2B和HB鉛筆芯的電阻值不相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度有關．

點評：本題考查了實驗電路圖、實驗步驟、實驗的評估的設計以及電路故障的判斷和本實驗中滑動變阻器的作用，知道影響電阻大小的因素并會根據控制變量法評估實驗是解決本題的關鍵．