Question

12．如圖所示，探究電流與電壓、電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)．
【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4.5V），電流表、電壓表各一只，開關(guān)一個，三個定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω），兩只滑動變阻器（20Ω 2A、50Ω 1A），導(dǎo)線若干．
【實(shí)驗(yàn)過程】（1）小明按上圖正確連接電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表指針超過量程．小明操作中的錯誤是變阻器連入電路的阻值沒有調(diào)到最大值．
（2）小明改正錯誤后繼續(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                                                                                      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(shí)，先將5Ω的電阻連入電路中，閉合開關(guān)，移動滑片，使與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為1.5V，并記下電流值；當(dāng)小紅將5Ω的電阻換成10Ω的電阻后，在不改變滑動變阻器滑片的情況下閉合開關(guān)，則電壓表的示數(shù)變大．（選填“變大”、“變小”或“不變）移動滑動變阻器滑片，使電壓表的示數(shù)為1.5V，并記下電流值；再改接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，小紅多次移動變阻器滑片的目的是改變電阻保持定值電阻兩端的電壓不變．
（4）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，也得到了與表二相同的數(shù)據(jù)，也完成了實(shí)驗(yàn)探究．小華與小紅所設(shè)計(jì)的電路相比不同之處是：電壓表接在了變阻器兩端．
（5）小明實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇的是10Ω電阻；小紅實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇的變阻器規(guī)格是50Ω1A．

Answer 1

分析 （1）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表指針超過量程說明滑動變阻器接入電路的電阻過��；
（2）分析表格中的數(shù)據(jù)結(jié)合控制變量法即可判斷那個猜想正確；
（3）根據(jù)電阻的變化判定電流的變化，根據(jù)公式U=IR判定電壓表示數(shù)的變化；探究電流與電阻之間的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變，改變定值電阻的阻值時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表的示數(shù)保持不變；
（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(dāng)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)，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．
（5）根據(jù)表一中的數(shù)據(jù)，結(jié)合歐姆定律即可求出電阻值；求出滑動變阻器的最大電阻以及電路中的最大電流，然后根據(jù)所求數(shù)值選擇滑動變阻器的規(guī)格．

解答 解：（1）小明在閉合開關(guān)前，變阻器連入電路的阻值沒有調(diào)到最大值，才導(dǎo)致了電壓表指針超過量程；
（2）由表格數(shù)據(jù)可知，電流變化的倍數(shù)與電壓變化的倍數(shù)相等，故可得結(jié)論：當(dāng)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是正確的；
（3）在滑動變阻器的電阻值Rp不變的情況下，電路中由于將5Ω的定值電阻換成10Ω的定值電阻，使整個電路的總電阻增大．利用公式I=$\frac{U}{R}$可知，電路中的總電流減��；根據(jù)U=IR可知，此時(shí)滑動變阻器兩端的電壓的減小，根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各分電壓之和可知，定值電阻兩端的電壓變大，電壓表示數(shù)變大；探究電流與電阻之間的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表的示數(shù)不變；
（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(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．
（5）小明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表一，R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.12A}$=10Ω．
在電阻由5Ω→10Ω→15Ω時(shí)，滑動變阻器和定值電阻是串聯(lián)的，電流相等，電源電壓是4.5V，定值電阻的電壓是1.5V，則滑動變阻器兩端的電壓是3V，滑動變阻器接入電路的電阻最大是30Ω，最大電流是0.3A，所以滑動變阻器選擇50Ω、1A．
故答案為：（1）變阻器連入電路的阻值沒有調(diào)到最大值；（2）①；（3）變大；改變電阻；（4）電壓表接在了變阻器兩端；（5）10；50Ω 1 A．

點(diǎn)評 本題考查了根據(jù)實(shí)物圖畫電路圖、對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力，能通過數(shù)據(jù)判斷電流與電壓的正比關(guān)系以及根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇滑動變阻器的規(guī)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．