题目内容

同学们在做教材上的电学实验时，发现2B、HB铅笔芯的软硬不同，其实验效果亦不同．他们猜想铅笔芯的电阻可能与其软硬程度有关．于是同学们做实验来检验其猜想是否正确．
（1）林清同学的设计思路如图所示，请指出她设计中的错误和不足．
（2）伟鹏同学说：“不如直接用伏安法侧量它们的电阻进行比较”．请你写出他的实验方案．要求：
①画出电路图；（铅笔芯用“”表示）
②写出实验步骤；
③进行分析论证．
（3）伟鹏同学连接好电路，闭合开关，电流表指针几乎不动，电压表指针有明显偏转．然后移动滑动变阻器的滑片，最终，他发现无论怎样移动滑片，两表指针均几乎不动．请你指出电路的故障：________．
（4）在这个实验中要移动滑动变阻器的滑片，请你说出这一操作的主要目的是什么？

解：（1）探究电阻大小跟材料的关系时，要保证铅笔芯的长度和横截面积相等，
因此该实验的错误之处是：没有控制变量，应保证两支铅笔芯的长短粗细相同不足；
不足：先后两次观察比较灯的亮度不如同时观察比较灯的亮度更直观、更明显（或若阻值相近，灯的亮度变化不明显，或通过视觉判断灯的亮度不可靠）；
（2）①电流表与铅笔芯串联，电压表并联在铅笔芯两端，滑动变阻器串联在电路中，开关串联在电路中，然后与电源、开关组成电路，如下图所示：

②实验步骤：A、按照电路图连接实物图电路，取长度和横截面积相同的2B和HB铅笔芯分别接入A、B间；
B、闭合开关S，分别读出电压表和电流表的示数为U和I；
C、根据R= $\text{[math]}$ ，计算2B和HB铅笔芯的电阻值，并进行比较；
③进行分析论证：若2B和HB铅笔芯的电阻值相等，则铅笔芯的电阻与其软硬程度无关；
若2B和HB铅笔芯的电阻值不相等，则铅笔芯的电阻与其软硬程度有关；
（3）闭合开关，电流表指针几乎不动，电压表指针有明显偏转，无论怎样移动滑片两表指针均几乎不动说明电压表并联的部分断路即铅笔芯与导线接触不良等；
（4）在这个实验中要移动滑动变阻器的滑片的主要目的是：改变铅笔芯电阻两端的电压达到测量减小误差的目的．
故答案为：
（1）错误之处是：没有控制变量，应保证两支铅笔芯的长短粗细相同不足；
不足：先后两次观察比较灯的亮度不如同时观察比较灯的亮度更直观、更明显（或若阻值相近，灯的亮度变化不明显，或通过视觉判断灯的亮度不可靠）；
（2）①如上图所示；
②实验步骤：A、按照电路图连接实物图电路，取长度和横截面积相同的2B和HB铅笔芯分别接入A、B间；
B、闭合开关S，分别读出电压表和电流表的示数为U和I；
C、根据R= $\text{[math]}$ ，计算2B和HB铅笔芯的电阻值，并进行比较；
③进行分析论证：若2B和HB铅笔芯的电阻值相等，则铅笔芯的电阻与其软硬程度无关；
若2B和HB铅笔芯的电阻值不相等，则铅笔芯的电阻与其软硬程度有关；
（3）铅笔芯与导线接触不良等（合理即可）；
（4）改变铅笔芯电阻两端的电压达到测量减小误差的目的．
分析：（1）影响电阻的因素有：导体长度、横截面积、材料、温度，实验探究时应采用控制变量法，在研究导体的电阻与导体硬度的关系时，需选择材料、横截面积、长度都相同，硬度不同材料的铅笔进行实验；
（2）①伏安法测电阻是指：用并联在铅笔芯两端的电压表测电压，用与铅笔芯串联的电流表测电流，保护电路和改变铅笔芯两端电压的滑动变阻器串联在电路中，然后与电源、开关组成电路；
②按电路图连接实物图，分别测量2B、HB铅笔芯的电阻；
③进行比较，如果电阻相等与铅笔芯的硬度无关，如果不相等与铅笔芯的硬度有关；
（3）电压表指针有明显偏转说明电压表两接线柱与电源正负极之间是通路，怎样移动滑动变阻器电流表指针几乎不动说明电路断路，即电压表并联的部分断路；
（4）滑动变阻器的作用：一是可以保护电路，二是改变铅笔芯两端的电压达到多次测量减小误差的目的．
点评：本题考查了实验电路图、实验步骤、实验的评估的设计以及电路故障的判断和本实验中滑动变阻器的作用，知道影响电阻大小的因素并会根据控制变量法评估实验是解决本题的关键．