Question

20．小明同學用如圖甲所示的電路探究“通過導體的電流與電壓和電阻的關系”．保持電源電壓和電阻箱R₁的阻值不變，移動滑動變阻器R₂的滑片P，測得的電流、電壓如表1所示；然后他不再移動滑動變阻器R₂的滑片P，僅改變電阻箱R₁的阻值，測得相應的電流值，如表2所示．
表1

次數	U1/V	I/A
1	1.0	0.20
2	1.5	0.30
3	2.0	0.40

表2

次數	R1/Ω	I/A
1	3.0	0.50
2	6.0	0.33
3	9.0	0.25

（1）請按圖甲的電路圖連接好圖乙的實物圖．
（2）分析表1中的數據可得出的結論是電阻一定時，電流與電壓成正比．
（3）表1中的第一次實驗完成后要想得到第2次實驗數據，應將圖甲中的滑片向左（選填“左”或“右”）移動．
（4）實驗過程中，若電阻箱斷路，電壓表有（選填“有”或“無”）示數．
（5）分析表2中的數據發現電流與電阻不成反比，原因可能是沒有控制定值電阻兩端的電壓不變．
（6）在探究電流與電阻關系時，用電阻箱代替定值電阻做實驗的好處是不需要多次改接電路，缺點是要使電阻箱接入的電阻成倍變化時，調節旋鈕比較麻煩．

Answer 1

分析 （1）根據電路圖連接實物圖，可采用“電流流向法”，從電源的正極出發，按照電流的流向，先串主電路，再將電壓表并在待測電阻的兩端；連接滑動變阻器時，要用“一上一下”的原則．
（2）對表1中的數據進行分析可得出的結論；
（3）根據題意和表1可知，R₁的阻值不變，從第1次實驗到第2次實驗，電流增大，根據歐姆定律可知，電路總電阻應減小，故變阻器接入電路的阻值應減小，需將滑動變阻器滑片向左移動；
（4）若電阻箱斷路，則電壓表的兩接線柱與電源兩極相連，有電流通過電壓表，故電壓表有示數；
（5）探究電流跟電阻的關系時，采用控制變量法，應保持定值電阻兩端的電壓一定；根據表2數據計算電阻兩端的電壓，看有沒有保持定值電阻兩端的電壓一定；
（6）用電阻箱代替定值電阻做實驗的好處是不需要多次改接電路；其缺點是：要使電阻箱接入的電阻成倍變化時，調節旋鈕比較麻煩．

解答 解：（1）由表格數據可知，電流均小于0.6A，故電流表應選用0～0.6A量程；電壓值小于3V，故電壓表應選用0～3V量程；根據電路圖連接實物圖時，可采用“電流流向法”，從電源的正極出發，按照電流的流向，先串主電路，再將電壓表并在電阻箱的兩端；連接滑動變阻器時，要用“一上一下”的接法；同時要注意電表的正負接線柱不要接反了．連接的實物圖如下圖所示：

（2）分析表1中的數據可以看出，導體中的電流隨電壓的增大而增大，并且成倍數的增大，故得出的結論是：電阻一定時，電流與電壓成正比．
（3）根據題意和表1數據可知，R₁的阻值不變，從第1次實驗到第2次實驗，電流增大，根據歐姆定律可知，電路總電阻應減小，故滑動變阻器接入電路的阻值應減小，需將滑動變阻器滑片向左移動；
（4）若電阻箱斷路，則電壓表的兩接線柱與電源兩極相連，有電流通過電壓表，故電壓表有示數；
（5）由表2可知，當R₁=3Ω時，I=0.5A，則定值電阻兩端的電壓U₁=IR₁=0.5A×3Ω=1.5V；
當R₁′=6Ω時，I′=0.33A，則定值電阻兩端的電壓U₁′=I′R₁′=0.33A×6Ω=1.98V；
顯然定值電阻兩端的電壓發生了變化，而本實驗需要控制定值電阻兩端的電壓不變，故實驗中存在的問題是沒有控制定值電阻兩端的電壓不變；
（6）在探究電流與電阻關系時，需要多次更換不同阻值的定值電阻做實驗，需要多次改接電路，用電阻箱代替定值電阻做實驗時，不需要多次改接電路，這是它的好處；而缺點是：要使電阻箱接入的電阻成倍變化時，調節旋鈕比較麻煩．
故答案為：
（1）如上圖所示；（2）電阻一定時，電流與電壓成正比；（3）左；（4）有；
（5）沒有控制定值電阻兩端的電壓不變；
（6）不需要多次改接電路；要使電阻箱接入的電阻成倍變化時，調節旋鈕比較麻煩．

點評 本題是探究“通過導體的電流與電壓和電阻的關系”實驗，主要考查了學生根據實驗數據歸納得出結論的能力，解決本題的關鍵是利用控制變量法分析變量和不變量．