Question

3．在探究“电流、电压、电阻三个物理量之间的变化关系”的实验中：

（1）由于电路中电流的大小受多种因素的影响，所以我们在探究某一因素变化对电流的影响时，必须保持其它因素不变，采用的实验方法为控制变量法．
（2）在探究电压一定，电流与电阻关系时，某小组使用5Ω、10Ω和20Ω的定值电阻，采用了如图1的电路进行实验，请在图2中根据电路图将实物图连接完整．（要求：滑片向右移时，电路中电流变大）
（3）连接好电路后，闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，出现这种现象可能的原因是：定值电阻短路．
（4）排除故障后他们首先把5Ω电阻接入电路进行实验，电流表示数如图3所示，则电阻R两端的电压是2V；然后他们依次换用10Ω、15Ω的电阻继续研究，则这两次实验相同的操作要素是调节滑动变阻器，保持电阻两端电压为2V．
（5）该小组根据实验数据绘制的图象，其中表示电压不变时，电流随电阻变化的图象是其中的图4（填“4”或“5”）
（6）另一小组也在探究导体中的电流与导体电阻的关系，他们采用了如图6的电路．先后用5Ω、10Ω和20Ω的定值电阻接入电路的a、b两点间，闭合开关S，分别读出电流表示数填入如表．得到了如下的实验数据．

电阻（Ω）	5	10	20
电流（A）	0.4	0.3	0.2

请分析发生错误的原因：未控制电阻两端的电压不变造成的．

Answer 1

分析 （1）电流的大小与电压和电阻有关，所以我们在探究其中一个因素变化对电流的影响时，必须保持另一个因素不变，这就是控制变量法；
（2）电压表与被测电阻并联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，滑片向右滑时电路中的电流变大，说明滑动变阻器接入电路中的电阻变小，即右下方接线柱必须接入电路中；
（3）灯泡不亮，可能是开路、短路或通过的电流太小；电流表有示数，说明整个电路是通路；电压表无示数，说明灯泡短路或其它元件开路；
（4）由图读出电流表的示数I，已知电阻值R=5Ω，由U=IR可求出电阻两端电压；探究通过电阻的电流与电阻大小的关系，应控制电阻两端的电压不变；
（5）电压不变时，导体中的电流与导体的电阻成反比，所以图象为反比例函数；
（6）要“导体中的电流跟导体的电阻成反比”的关系时，应控制电阻两端的电压不变，改变电阻的阻值．

解答 解：（1）电流与电压和电阻有关，探究与某一因素的关系时，应保持另一个因素不变，用到控制变量法；
（2）探究“通过导体的电流与电阻的关系”的实验中，滑动变阻器要与定值电阻串联，采取“一上一下”的连接方式，滑片向右滑时电路中的电流变大，说明滑动变阻器接入电路中的电阻变小，即右下方接线柱必须接入电路中；采用了如图1的电路进行连接，如下图所示：

（3）电路连接正确，电流表有示数表示电路是通路，电压表无示数说明是定值电阻短路；
（4）由图知：电流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，由图读出电流表示数I=0.4A，已知电阻值R=5Ω，则电阻R两端的电压U=IR=0.4A×5Ω=2V，依次换用10Ω、15Ω的电阻继续研究，则这两次实验相同的操作要素是：调节滑动变阻器，保持电阻两端电压为2V．
（5）电压不变时，导体中的电流与导体的电阻成反比，所以图象为反比例函数，即图4；
（6）要“导体中的电流跟导体的电阻成反比”的关系时，应控制电阻两端的电压不变，
由U=IR可知，表格中数据对应电阻两端的电压不同，
所以，电流跟电阻不成反比是因为未控制电阻两端的电压不变造成的．
故答案为：（1）控制变量法；（2）如上图；（3）定值电阻短路；（4）2；调节滑动变阻器，保持电阻两端电压为2V；（5）4；（6）未控制电阻两端的电压不变造成的．

点评 本题考查了探究“电流、电压、电阻三个物理量之间的变化关系”的实验，涉及到串联电路特点和欧姆定律、滑动变阻器的正确使用，明确实验中控制变量法的应用是关键．