Question

8．在“探究導(dǎo)體的電流跟電壓、電阻的關(guān)系”實驗中，老師提供的器材有：電源（電壓恒為4.5V），小燈泡標(biāo)有“2.5V  0.3A”，電流表、電壓表和開關(guān)各一個，四個定值電阻（10Ω、15Ω、20Ω、30Ω），兩個滑動變阻器（規(guī)格分別是“5Ω，2A”、“20Ω，1A”），導(dǎo)線若干．

（1）在“探究電流與電壓的關(guān)系”過程中，某實驗小組經(jīng)過相互討論，完成了該實驗方案的三次設(shè)計．
由圖1到圖2，改進(jìn)的理由是小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大；
由圖2到圖3，改進(jìn)的理由是能改變電路中的電流和電壓．
（2）小明根據(jù)設(shè)計的電路圖，連接了實物圖如甲，實驗時老師指出有一根導(dǎo)線連接錯了，請你幫助小明在需要改動的導(dǎo)線上打“×”，并在圖上改正．

（3）實驗過程中，閉合開關(guān)后，出現(xiàn)了電流表示數(shù)為0，電壓表示數(shù)接近4.5V，電路發(fā)生的故障可能是電阻斷路．
（4）在研究“導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系”實驗時，先接入10Ω電阻，移動滑片P，使電壓表示數(shù)為3V，并記錄相應(yīng)的電流值；再改接l5Ω的電阻，此時滑片P應(yīng)向左（選填“左”或“右”）端移動．
（5）本實驗需先后接入上述四個定值電阻，為完成整個實驗，應(yīng)該選取規(guī)格為20Ω 1A的滑動變阻器．
（6）通過實驗獲得數(shù)據(jù)，得到如圖乙所示導(dǎo)體的電流I隨電阻R變化的圖象，由圖象可得出結(jié)論：電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．

Answer 1

分析 （1）“探究電流與電壓”實驗，采用的研究方法是控制變量法．需要控制的物理量是電阻，變化的物理量是電壓；
（2）在“探究導(dǎo)體的電流跟電壓、電阻的關(guān)系”實驗中，電壓表應(yīng)與電阻并聯(lián)，據(jù)此分析電路，然后答題．
（3）電流表示數(shù)為0，說明電路中有斷路，電壓表示數(shù)接近4.5V，說明電壓表和電源連接的部分電路無斷路；
（4）當(dāng)將電阻由10Ω更換為15Ω后，定值電阻阻值變大，定值電阻分壓變大，滑動變阻器分壓變小，為保證電阻兩端電壓不變，應(yīng)向左端移動滑動變阻器滑片，使滑動變阻器接入電路的阻值變大，使定值電阻兩端電壓保持3V不變；
（5）滑動變阻器最大阻值太小，滑動變阻器的最大分壓太小，定值電阻不能達(dá)到3V，為使實驗?zāi)苷�常進(jìn)行，可以更換最大阻值大的滑動變阻器或使定值電阻兩端電壓變大；
（6）用控制變量法進(jìn)行分析，即電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與電阻成正比．

解答 解：（1）研究電流與電壓的關(guān)系，必須保持電阻值一定．小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大，如果兩端電壓發(fā)生改變，不僅電流發(fā)生變化，燈絲阻值也會改變，要保持電阻不變，應(yīng)該使用定值電阻，所以電路圖應(yīng)由1改到2；為了防止偶然性的發(fā)生，一般要進(jìn)行多次測量，滑動變阻器能改變電路中的電流和電壓，從而達(dá)到多次測量的目的，所以電路圖應(yīng)由2改到3；
（2）根據(jù)電路圖連接實物圖，發(fā)現(xiàn)電流表與R₂并聯(lián)，電壓表串聯(lián)在電路中，顯然與實驗要求不符，修改如圖所示：

（3）電流表的示數(shù)為零說明電路中有斷路，再根據(jù)電壓表的示數(shù)判斷出電路故障．電壓表示數(shù)為3V等于電源電壓，說明電壓表的兩個接線柱和電源連接的部分沒有斷路，所以故障是電阻斷路了；
（4）定值電阻由10Ω更換為15Ω后，定值電阻分壓變大，大于原來的電壓，為保持定值電阻兩端電壓不變，由電路圖可知，應(yīng)向左端移動滑動變阻器滑片，增大滑動變阻器接入電路的阻值，增大滑動變阻器的分壓，使定值電阻兩端電壓減小到原來的3V，保持定值電阻兩端電壓一定；
（5）電源電壓為4.5V，定值電阻兩端電壓為3V，當(dāng)接入30Ω定值電阻時，電路電流：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{30Ω}$0.1A，
此時滑動變阻器兩端電壓：U_滑=4.5V-3V=1.5V，此時滑動變阻器接入電路的阻值為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{1.5V}{0.1A}$=15Ω＞5Ω，
故為完成整個實驗，應(yīng)該選取規(guī)格為“20Ω；1A”的滑動變阻器；
（6）由圖示圖象可知，I-R圖象是反比例函數(shù)圖象，由此可知，在電壓一定時，電流與電阻成反比．
故答案為：（1）小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大；能改變電路中的電流和電壓；（2）如上圖所示；
（3）電阻斷路；（4）左；（5）20Ω 1A；（6）電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．

點評 本題考查了連接電路圖、滑動變阻器的調(diào)節(jié)、實驗方案的改進(jìn)等問題，實驗中應(yīng)用了控制變量法，解題時注意該方法的應(yīng)用．