Question

16．探究電流與電壓、電阻的關系：
[猜想]
①導體的電阻一定時，通過導體的電流與其兩端電壓成正比．
②導體的電阻一定時，通過導體的電流與其兩端電壓的平方成正比．
③導體兩端的電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比．
[實驗器材]
電源（電壓恒為4.5V），電流表、電壓表各一只，開關一個，三個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω），兩只滑動變阻器（20Ω，2A和50Ω，1A），導線若干．
[實驗過程]
（1）據如圖所示實物圖在虛線框內畫出電路圖．

（2）小明正確連接電路后，閉合開關，發現電流表有示數，電壓表指針超過量程．小明操作中的錯誤可能是變阻器連入電路的阻值沒有調到最大值．
（3）小明改正錯誤后繼續實驗，通過改變定值電阻R兩端的電壓，測得電流、電壓的值如表一，分析數據可得出猜想①是正確的（填序號），小明實驗時選擇的電阻是10Ω．
表一

電壓U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8
電流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28

表二

電阻R/Ω	5	10	15
電流I/A	0.30	0.15	0.10

（4）小紅在探究猜想③時，先將5Ω的電阻連入電路中，閉合開關，移動滑片，使與電阻并聯的電壓表的示數為1.5V，并記下電流值；再分別改接10Ω、15Ω的電阻，重復上述實驗，得到了表二中的實驗數據．分析數據得出，猜想③是正確的．實驗中，小紅多次移動滑動變阻器滑片的目的是保持定值電阻兩端的電壓不變．小紅實驗時選擇的滑動變阻器規格是50Ω1A．

Answer 1

分析 （1）根據電流流向法，先畫出電源的符號，從電源的負極依次畫出串聯的電路原件回到負極，然后把電壓表并聯在電阻的兩端；
（2）閉合開關，發現電流表有示數，電壓表指針超過量程說明滑動變阻器接入電路的電阻過小；
（3）分析表格中的數據結合控制變量法即可判斷那個猜想正確，然后歐姆定律結合表格中任意一組數據求出定值電阻的阻值；
（4）探究電流與電阻之間的關系時應控制電阻兩端的電壓不變，改變定值電阻的阻值時應調節滑動變阻器使電壓表的示數保持不變；根據串聯電路電壓的規律和分壓原理確定變阻器的最大阻值至少為多少，從而確定變阻器的規格．

解答 解：
（1）先畫出電源的符號，然后根據流向法，從電源的再次出發依次畫出開關、電流表、定值電阻、滑動變阻器回到負極，然后把電壓表并聯在定值電阻的兩端，如下圖所示：

（2）小明在閉合開關前，變阻器連入電路的阻值沒有調到最大值，才導致了電壓表指針超過量程；
（3）由表格數據可知，電流變化的倍數與電壓變化的倍數相等，
故可得結論：當導體的電阻一定時，通過導體的電流與其兩端電壓成正比，猜想①是正確的；
探究電流與電壓之間的關系時，應控制定值電阻的阻值不變，
由表格數據可知，當U=1.2V，I=0.12A，故R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.12A}$=10Ω；
（4）探究電流與電阻之間的關系時應控制電阻兩端的電壓不變，通過調節滑動變阻器使電壓表的示數不變．
根據串聯電路電壓的規律，變阻器分得的電壓U滑=4.5V-1.5V=3V，變阻器的電壓是定值電阻電壓的$\frac{3V}{1.5V}$=2倍，根據分壓原理，變阻器連入電路 中的阻值為定值電阻的2倍，即滑動變阻器的最大阻值至少為2×15Ω=30Ω＞20Ω；又因實驗中電路 中的最大電流為0.30A，所以應選用50Ω1A的滑動變阻器．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）變阻器連入電路的阻值沒有調到最大值；（3）①；10；（4）保持定值電阻兩端的電壓不變；50Ω1A．

點評 本題考查了根據實物圖畫電路圖、對實驗數據的處理能力、電路現象的判斷、滑動變阻器的使用，關鍵是能結合控制變量法分析實驗數據判斷猜想是否正確和判斷滑動變阻器的作用．