Question

11．如圖甲是某實(shí)驗(yàn)小組探究“電流與電壓、電阻關(guān)系”的電路圖，使用的實(shí)驗(yàn)器材有：電壓為6V的電源、電流表、電壓表各一個(gè)、開關(guān)一個(gè)、5Ω、10Ω、15Ω、30Ω的定值電阻各一個(gè)，規(guī)格為“20Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器一個(gè)，導(dǎo)線若干．
（1）探究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，所測(cè)得的幾組電流、電壓值如表1所示．在第2次實(shí)驗(yàn)中，電流表表的示數(shù)如圖乙所示，根據(jù)表1數(shù)據(jù)可得到結(jié)論：在電阻不變時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與其兩端的電壓成正比．
表1

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3
電壓U/V	1.0	1.5	2.0
電流I/A	0.2		0.4

（2）探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，所測(cè)得的幾組電流、電阻值如表2所示，
表2

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3
電阻R/Ω	5	10	15
電流I/A	0.6	0.3	0.24

①由于操作不當(dāng)，導(dǎo)致一組數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤，請(qǐng)判斷第3次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤．產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因是沒有調(diào)節(jié)變阻器的滑片使電壓表示數(shù)不變，正確的數(shù)據(jù)應(yīng)該是0.2A．
②糾正錯(cuò)誤以后，該小組用30Ω的電阻替換15Ω的電阻進(jìn)行了第4次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行下去，為完成第4次實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們提出了下列解決方案，其中正確的是C
A．將電壓表的量程換為0～15V　　　            　B．換成電壓為12V的電源　
C．更換最大阻值大于或等于30Ω的滑動(dòng)變阻器        D．可將定值電阻兩端的電壓調(diào)為1.5V．

Answer 1

分析 （1）由圖乙電流表小量程讀數(shù)，橫向比較表中數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
（2）①根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理求出第2次實(shí)驗(yàn)中變阻器連入電路中的阻值大小，再求出當(dāng)換上15Ω的電阻時(shí)電流的大小及電壓表的示數(shù)，從而找到錯(cuò)誤的操作及錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，并求出正確的電流大小；
②在①的分析基礎(chǔ)上，可判斷出當(dāng)定值為30Ω時(shí)變阻器連入電路中的電阻大小，據(jù)此作答．

解答 解：（1）圖乙中，電流表小量程分度值為0.02A，示數(shù)0.2A；實(shí)驗(yàn)中使用同一電阻，電阻大小不變，橫向比較表中數(shù)據(jù)知，當(dāng)電壓是原來(lái)的幾倍，通過(guò)的電流也為原來(lái)的幾倍，所以得到的結(jié)論是：在電阻不變時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與其兩端的電壓成正比；
（2）①探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，要保持定值電阻的電壓不變，根據(jù)歐姆定律電壓表示數(shù)U_定=IR=0.6A×5Ω=3V，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓U=6V-3V=3V，即變阻器分得的電壓等于定值電阻的電壓，根據(jù)分壓原理，變阻器連入電路中的電阻大小等于定值電阻的大小，故在第2實(shí)驗(yàn)中，變阻器連入電路中電阻大小為10Ω，當(dāng)接入15Ω的電阻時(shí)，電路中的總電阻大小R_總=10Ω+15Ω=25Ω，此時(shí)電流中的電流，即電流表的示數(shù)
I₃=$\frac{U}{{R}_{總}(cāng)}=\frac{6V}{25Ω}$=0.24A，電壓表的示數(shù)U₃=I₃R₃=0.24A×15Ω=3.6V，所以第3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，錯(cuò)誤在于換上15的電阻后，沒有移動(dòng)滑片保持電壓表示數(shù)不變，就直接記錄了電流表的示數(shù)；
所以，電流大小應(yīng)為I′=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{3}}=\frac{3V}{15Ω}$=0.2A；
②由①分析知，變阻器連入電路中的電阻大小等于定值電阻的大小，當(dāng)換上30Ω的定值電阻時(shí)，變阻器連入電路中的電阻大小也應(yīng)為30Ω，即變阻器的最大阻值至少為30Ω，而現(xiàn)有的變阻器的最大阻值為20Ω，所以應(yīng)更換最大阻值大于或等于30Ω的滑動(dòng)變阻器，答案選C．
故答案為：（1）在電阻不變時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與其兩端的電壓成正比；
（2）①3；沒有調(diào)節(jié)變阻器的滑片使電壓表示數(shù)不變；0.2；
②C．

點(diǎn)評(píng) 本題探究電流與電壓、電阻關(guān)系，考查分析控制變量法、數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力、正確的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程及對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的要求，有一定難度．