Question

14．宝宝和明明同学在实验室进行小组实验，探究“导体的电流与电阻的关系”．

【器材】电源（电压恒为3V），电流表，电压表各一只，开关一个，三个定值电阻（5Ω、10Ω、20Ω），两个滑动变阻器（甲：10Ω 2A；乙：20Ω 1A），导线若干．
【设计实验与制定计划】
（1）同学们完成了实验方案的三个设计．
由图甲到图乙，改进的理由是保持被测电阻不变；
由图乙到图丙，改进的理由是实现改变电压，多次测量．
（2）实验中两位同学商定电压表的示数保持2V不变，连接的实物电路如图丁所示．请你为他们选定一个合适的滑动变阻器：乙（填“甲”或“乙”）．

Answer 1

分析 （1）研究“电流与电压的关系”实验中，要控制电阻不变，小灯泡的电阻随温度的变化而变化；在实验过程中，为了避免实验结论的偶然性，要多做几次实验；
（2）探究电流与电阻的关系时，定值电阻与滑动变阻器串联，根据串联电路电压特点求出滑动变阻器两端电压，根据欧姆定律可知电阻越大电流越小，求出接入不同电阻时的最小电流，再根据欧姆定律的变形公式求出滑动变阻器接入电路的最大阻值．

解答 解：（1）图甲中使用的是小灯泡，它的电阻随温度的变化而变化；而本实验中要控制电阻不变，所以应该换成一个定值电阻来做实验，保持电阻不变；
图丙比图乙增加了滑动变阻器，能够改变电阻两端的电压，多测几组数据，避免实验结论的偶然性；
（2）由欧姆定律的可知，电压一定时，电阻越大，电流越小，因此当接入电路中的电阻为20Ω时，电路中的电流是：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，此时滑动变阻器接入电路的阻值最大；
为了保持定值电阻两端电压为2V不变，滑动变阻器两端电压为：U_滑=3V-2V=1V；
故滑动变阻器有效电阻：R=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω．只有此时中滑动变阻器的最大阻值大于10Ω，故选乙．
故答案为：（1）保持被测电阻不变；实现改变电压，多次测量；（2）乙；

点评 此题主要考查的是学生对控制变量法、实验注意事项和串联分压特点的理解和掌握，根据串分压的知识知道定值电阻的阻值越大，所需滑动变阻器的阻值越大，并结合欧姆定律计算滑动变阻器的最大最值．