题目内容

15．小强同学观察到一些电学现象：小灯泡两端的电压越大，通过灯丝的电流越大，灯泡越亮；电源电压一定时，电路中的电阻增大，电路中的电流就变小…．小强猜想：通过导体中的电流的大小与导体两端的电压和导体的电阻有关．请你帮助小强完成这个探究实验：

（1）选择的器材：电源、开关、三个阻值不同的电阻（5Ω、10Ω、20Ω），导线若干，电流表及电压表各一块，还需要滑动变阻器．
（2）请在图1中画出电路图并按电路图将图2中各元件连接起来；
（3）测量的步骤及数据：①按电路图连接电路．②首先把10Ω的电阻连入电路，滑动滑动变阻器的滑片，改变R1两端的电压，测得三组数据如表一所示；③分别把三个阻值不同的电阻连入电路，调节滑动变阻器的滑片，始终保持每个电阻连端的电压为2V，测得三组数据如表二所示．
表一：电阻R1=10Ω                       
电阻（Ω）51020
电流（A）0.40.20.1
表二：电压U=2V
电压（V）123
电流（A）0.10.20.3
（4）分析与结论：分析表一得出的结论是：在电阻一定时，电流与电压成正比；分析表二得出的结论是：在电压一定时，电流与电阻成反比．
（5）这种研究问题的方法是控制变量法．

分析 （1）本实验中要多次测量求平均值减小误差，据此选择实验器材．
（2）伏安法测电阻是指用电压表测出电阻两端的电压，用电流表测出通过电阻的电流，根据R=$\frac{U}{I}$求出被测电阻的阻值，再与电源和开关组成电路即可；根据电阻两端分得的最大电压确定电压表的量程，且与电阻并联，根据欧姆定律求出电路中的最大电流确定电流表的量程且与电阻串联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，据此连接实物图．
（3）探究电流与电压、电阻的关系时，要用到控制变量法，把握表一、表二中数据的相同点与不同点是得出结论的入手点．在电路中要利用滑动变阻器来控制定值电阻两端的电压的变与不变．

解答 解：（1）实验中除了所给的器材，还要用到保护电路和改变电阻两端电压达到多次测量求平均值减小误差的滑动变阻器．

（2）电压表与电阻并联，电流表与电阻串联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，再与开关和电源组成电路即可，电路图如下图所示：
电阻两端分得的最大电压为6V，所以电压表的量程为0～15V，且与电阻并联；电路中的最大电流$\frac{6V}{5Ω}$=1.2A，所以电流表的量程为0～3A，且与电阻串联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，如下图所示：

（4）在表一中：导体的电阻10Ω一定，导体两端的电压从1V到2V再到3V，相对应的，导体中的电流从0.1A到0.2A再到0.3A．电压增加几倍，电流也增加几倍，故得结论：在电阻一定时，电流与电压成正比．
在表二中：导体两端的电压2V一定，导体的电阻从5Ω到10Ω，再到20Ω，相对应的，导体中的电流从0.4A到0.2A再到0.1A，电阻增加几倍，电流变为原来的几分之一倍，故得结论：在电压一定时，电流与电阻成反比．
（5）研究一个物理量与多个因素的关系时，要用到控制变量法．
故答案为：（1）滑动变阻器；（2）如上图所示；（4）在电阻一定时，电流与电压成正比；在电压一定时，电流与电阻成反比；（5）控制变量．

点评 本题考查了实物电路图的连接和利用控制变量法得出实验结论，关键是明白此实验的原理和控制变量法的应用．

练习册系列答案
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