Question

10．探究電流與電壓、電阻的關系：
【提出問題】通過導體的電流與導體兩端電壓及導體電阻的大小有什么關系？
【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（電壓恒定為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”、“50Ω   1A“），導線若干．
【實驗過程】（1）小明按圖正確連接電路后，閉合開關，發現電路表有示數，電壓表指針超過量程，小明操作中的錯誤是閉合開關前，滑動變阻器沒有將滑片滑倒電阻最大位置處
（2）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，實驗中，小明多次移動變阻器滑片的目的是測出多組數據，找出普遍結論
表一                                                                                                              表二

電壓U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8		電阻R/Ω	5	10	15
電流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28		電流I/A	0.30	0.15	0.10

（3）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，為了完成此實驗，滑動變阻器應選擇“50Ω 1A”（“20Ω   2A“和“50Ω   1A“中選擇一個），此時，手和眼睛的分工是：手移動滑動變阻器，眼要觀察電壓表示數是否達到1.5V．
（4）小華在探究猜想③時，重新設計了電路，保持電壓表的示數為3V，得到了與表二相同的數據，也完成了實驗探究．小華與小紅的實驗相比不同之處是：小華在實驗中，電壓表和滑動變阻器并聯，測的是滑動變阻器兩端的電壓．

Answer 1

分析 （1）閉合開關前，應該將滑動變阻器連入電路的阻值調到最大值；
（2）探究“電流跟電壓、電阻的關系”實驗中要用控制變量法；通過移動滑片來改變電阻兩端的電壓，測出多組數據，找出普遍規律；
（3）定值電阻越大，電路電流越小，滑動變阻器接入電路的阻值越大，由串聯電路特點及歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的最大阻值，根據該阻值選擇滑動變阻器；
探究電流和電阻的關系時，控制導體兩端的電壓不變；
（4）定值電阻兩端的電壓和滑動變阻器兩端的電壓之和等于電源電壓，當小華在探究猜想③時，重新設計了電路，保持電壓表的示數為3V，得到了與表二相同的數據，說明定值電阻兩端的電壓還是1.5V不變，則滑動變阻器兩端的電壓是3V，電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓．

解答 解：（1）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（或電壓表選擇量程太小），才導致了電壓表指針超過量程；
（2）如表一中數據，導體電阻保持不變，改變導體兩端的電壓和電流，且導體中的電流和導體兩端的電壓增大的倍數相同，即導體的電阻一定時，通過導體的電流與其兩端電壓成正比，猜想①正確；
多次移動變阻器滑片的目的是改變導體兩端的電壓，測出多組數據，找出普遍結論；
（3）定值電阻兩端電壓是1.5V，則滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_R=4.5V-1.5V=3.0V，
當電路電流為0.1A時，滑動變阻器接入電路的阻值最大，
由I=$\frac{U}{R}$得滑動變阻器接入電路的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3V}{0.1A}$=30Ω，因此滑動變阻器應選“50Ω 1A”；
探究電流和電阻的關系時，控制導體兩端的電壓為1.5V不變，所以更換電阻后，移動滑片時，眼睛要觀察電壓表示數是否達到1.5V；
（4）滑動變阻器兩端的電壓和定值電阻兩端的電壓之和等于電源電壓，小華和小紅記錄的數據相同，說明定值電阻兩端的電壓都是1.5V，電源電壓是4.5V，則滑動變阻器兩端的電壓是3V，電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓．
故答案為：（1）閉合開關前，滑動變阻器沒有將滑片滑倒電阻最大位置處；（2）①；測出多組數據，找出普遍結論；（3）“50Ω   1A”；觀察電壓表示數是否達到1.5V；（4）小華在實驗中，電壓表和滑動變阻器并聯，測的是滑動變阻器兩端的電壓．

點評 本題考查了滑動變阻器的使用、對實驗數據的處理能力，能通過數據判斷電流與電壓的正比關系以及根據實驗要求選擇滑動變阻器的規格是比較難的問題，既要考慮需要的電阻又要考慮允許通過的電流．