Question

19．探究铅笔芯的电流与其两端电压的关系
【制定计划与设计实验】
某同学设计了如图1所示的电路，选用的器材有：阻值约为4Ω的2B铅笔芯一根，两节干电池组成的电池组，0-0.6A的电流表，0-3V的电压表，滑动变阻器（10Ω2A），开关，导线等，该同学根据电路图连接电路，在闭合开关前应将滑动变阻器的滑片P移到b端．

实验序号	①	②	③	④	⑤
U/V	0.40	0.80	1.20	1.60	2.00
I/A	0.10	0.18	0.3	0.38	0.48

【进行实验与收集证据】
（1）闭合开关后，两电表的指针都发生了偏转，但无论怎样移动滑片，两电表的示数均保持不变且都在量程范围内，则产生故障的原因可能是将滑动变阻器下方的两个接线柱接入了电路．
（2）排出故障后，该同学移动滑动变阻器的滑片，将获得的几组数据记录在如表中，当采集第三组数据时，电流表指针的偏转情况如图2所示，此时电流表的示数为0.3A．
（3）该同学采集多组实验数据的目的是避免偶然性，便于找出规律．
（4）请根据表格中的五组数据在给定的坐标纸上画出铅笔芯的I-U图线．
【实验结论】
由画出的图线可知，通过铅笔芯的电流与其两端电压的关系成通过铅笔芯的电流与其两端的电压成正比．

Answer 1

分析 在闭合开关之前，应保证电路安全，滑动变阻器的连入电路中的电阻应最大；
（1）将滑动变阻器的下面两个接线柱接入电路后，无论怎样移动变阻器到达滑片都不能改变电路中的电阻、电流和电压值；
（2）根据电流表量程和分度值读出示数；
（3）实验过程中多次测量的目的有两个：一是取平均值以减小误差，二是避免因测量次数太少造成结论的片面性或偶然性总结规律；
（4）根据数据采用描点的方法电阻不变时，电流随电压变化的图象；
根据画出的图象的特点得出结论；

解答 解：【制定计划与设计实验】
为防止电路中电流过大，滑动变阻器在电路接通时，应接入最大电阻，故滑片应滑到b端；
【进行实验与收集证据】
（1）滑动变阻器在电路中应连接一“上”一“下”两个接线柱，两电表的示数均保持不变且都在量程范围内，则产生故障的原因是错将滑动变阻器下方的两个接线柱接入电路，所以无论怎样移动变阻器的滑片，都不能改变电流表、电压表的示数（若将上面的两个接线柱连入电路，电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{4Ω}$=0.75A＞0.6A，不符合条件）；
（2）根据表中数据，电流表选择的是0.6A量程，每一小格是0.02A，故读数为0.30A；
（3）为了更有说服力，避免偶然性，便于找出规律，该同学采集了多组数据进行分析；
（4）根据实验收集到的数据，在图中坐标系采用描点的方法画出铅笔芯的电阻不变时，电流随电压变化的图象，为正比例图象（如下图）；
【实验结论】
根据的数据和图象，可以得出的结论是：当铅笔芯电阻一定时，通过铅笔芯的电流和两端的电压成正比．
故答案为：
b；
（1）将滑动变阻器下方的两个接线柱接入了电路；
（2）0.30；
（3）避免偶然性，便于找出规律；
（4）如上图所示；
通过铅笔芯的电流与其两端的电压成正比．

点评 本题探究铅笔芯的电流与其两端电压的关系，考查了实验的注意事项和电路故障的判断、电流表的读数、实验中多次测量的目的等，关键是控制变量法的应用，并体现了数学图象在物理中的具体运用．