Question

5．探究電流與電壓、電阻的關(guān)系．
【提出問題】通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓及導(dǎo)體電阻的大小有什么關(guān)系？
【猜    想】①導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓成正比．
②導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓的平方成正比．
③導(dǎo)體兩端的電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
【實(shí)驗(yàn)器材】電源（電壓恒為4.5 V），電流表、電壓表各一只，開關(guān)一個(gè)，三個(gè)定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω），兩只滑動(dòng)變阻器（20Ω 2 A、50Ω 1 A），導(dǎo)線若干．
【實(shí)驗(yàn)過程】
（1）根據(jù)圖所示實(shí)物圖在虛線框內(nèi)畫出電路圖．

（2）小明按圖正確連接電路時(shí)，開關(guān)是斷開的．閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)．故障原因是電阻短路．
（3）小明改正錯(cuò)誤后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，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(shù)據(jù)可得出猜想①是正確的．
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(shí)，先將5Ω的電阻連入電路中，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，使與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為1.5V，并記下電流值；再分別改接10Ω、15Ω的電阻，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，得到了表二中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．分析數(shù)據(jù)得出，猜想③是正確的．實(shí)驗(yàn)中，小紅多次移動(dòng)變阻器滑片的目的是保持定值電阻兩端的電壓不變．．
（5）小華在探究猜想③時(shí)，重新設(shè)計(jì)了電路，保持電壓表的示數(shù)為3V，得到了與表二相同的數(shù)據(jù)，也完成了實(shí)驗(yàn)探究．小華與小紅的實(shí)驗(yàn)相比不同之處是：電壓表接在了滑動(dòng)變阻器兩端．
【知識拓展】
（1）小明實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇的是10Ω電阻．
（2）小紅實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇的變阻器規(guī)格是50Ω 1 A．

Answer 1

分析 （1）由實(shí)物圖畫電路圖的方法：從電源的正極開始，順著電流的路徑，依次電流表、定值電阻、滑動(dòng)變阻器，到電源的負(fù)極．最后把電壓表并列連接在定值電阻兩端．
（2）電流表有示數(shù)，說明電路是連通的，電壓表無示數(shù)可能與電壓表并聯(lián)的電阻短路了；
（3）根據(jù)表中電壓和電流的比值為一定值回答；
（4）探究電流跟電阻的關(guān)系時(shí)，根據(jù)控制變量法，保持電壓表示數(shù)不變；
當(dāng)改變電阻大小，由分強(qiáng)原理，電壓表示數(shù)發(fā)生改變，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片來達(dá)到控制電壓不變的目的；
（5）由題目條件結(jié)合表中數(shù)據(jù)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律分析回答．
【知識拓展】（1）根據(jù)定律求電阻大��；
（2）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理求出變阻器連入電路中最大電阻，再結(jié)合電路中的最大電流，確定變阻器的規(guī)格．

解答 解：（1）從電源正極-電流表-定值電阻-滑動(dòng)變阻器-電源負(fù)極．電壓表測量定值電阻的電壓，把電壓表并聯(lián)在定值電阻兩端．如下圖所示：

（2）為保護(hù)電路，小明按圖正確連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)是斷開的．閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，說明電路為通路，電壓表無示數(shù)，則故障原因是與電壓表并聯(lián)的電阻R短路了；
（3）如表格數(shù)據(jù)，電壓與對應(yīng)的電流比值$\frac{U}{I}$═10，電壓和電流的比值為定值，所以導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓成正比．猜想①正確；
（4）在電阻由5Ω→10Ω→15Ω時(shí)，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，必須保持定值電阻兩端的電壓1.5V不變．所以多次移動(dòng)滑片是為了保持定值電阻兩端的電壓不變．
（5）滑動(dòng)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(shù)據(jù)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(dòng)變阻器兩端的電壓是3V，電壓表測量的是滑動(dòng)變阻器兩端的電壓．
【知識拓展】
①小明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表一，由歐姆定律，電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.12A}$=10Ω；
②在電阻由5Ω→10Ω→15Ω時(shí)，滑動(dòng)變阻器和定值電阻是串聯(lián)的，電源電壓是4.5V，定值電阻的電壓是1.5V，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓是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(jù)分壓原理，變阻器的連入電路中電阻為定值電阻的2倍，即為2×15Ω=30Ω＞20Ω，當(dāng)選用5Ω的最小定值電阻時(shí)，通過電路的最大電流
I_大=$\frac{{U}_{表}}{{R}_{小}}=\frac{1.5V}{5Ω}$=0.3A＜1A，所以滑動(dòng)變阻器選擇50Ω 1A．
故答案為：（1）如上圖．
（2）斷開；電阻短路；
（3）①．
（4）保持定值電阻兩端的電壓不變．
（5）電壓表接在了滑動(dòng)變阻器兩端；
【知識拓展】（1）10；（2）50Ω 1A．

點(diǎn)評 本題通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓及導(dǎo)體電阻的大小有什么關(guān)系，考查由實(shí)物圖畫電路圖、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、故障的分析、對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力及歸納結(jié)論的能力，變阻器的作用、對器材的選擇及控制變量法的運(yùn)用．綜合性較強(qiáng)．