Question

10．探究电流与电压、电阻的关系：
【提出问题】通过导体的电流与导体两端电压及导体电阻的大小有什么关系？
【猜想】①导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压成正比．
②导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压的平方成正比．
③导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．
【实验器材】电源（电压恒定为4.5V），电流表、电压 表各一只，开关一个，三个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω），两只滑动变阻器（“20Ω  2A”、“50Ω   1A“），导线若干．
【实验过程】（1）小明按图正确连接电路后，闭合开关，发现电路表有示数，电压表指针超过量程，小明操作中的错误是闭合开关前，滑动变阻器没有将滑片滑倒电阻最大位置处
（2）小明改正错误后继续实验，通过改变定值电阻R两端的电压，测得电流、电压的值如表一，分析数据可得出猜想①是正确的，实验中，小明多次移动变阻器滑片的目的是测出多组数据，找出普遍结论
表一                                                                                                              表二

电压U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8		电阻R/Ω	5	10	15
电流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28		电流I/A	0.30	0.15	0.10

（3）小红在探究猜想③时，先将5Ω的电阻连入电路中，闭合开关，移动滑片，使与电阻并联的电压表的示数为1.5V，并记下电流值；再分别改接10Ω、15Ω的电阻，重复上述实验，得到了表二中的实验数据．分析数据得出，猜想③是正确的，为了完成此实验，滑动变阻器应选择“50Ω 1A”（“20Ω   2A“和“50Ω   1A“中选择一个），此时，手和眼睛的分工是：手移动滑动变阻器，眼要观察电压表示数是否达到1.5V．
（4）小华在探究猜想③时，重新设计了电路，保持电压表的示数为3V，得到了与表二相同的数据，也完成了实验探究．小华与小红的实验相比不同之处是：小华在实验中，电压表和滑动变阻器并联，测的是滑动变阻器两端的电压．

Answer 1

分析 （1）闭合开关前，应该将滑动变阻器连入电路的阻值调到最大值；
（2）探究“电流跟电压、电阻的关系”实验中要用控制变量法；通过移动滑片来改变电阻两端的电压，测出多组数据，找出普遍规律；
（3）定值电阻越大，电路电流越小，滑动变阻器接入电路的阻值越大，由串联电路特点及欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的最大阻值，根据该阻值选择滑动变阻器；
探究电流和电阻的关系时，控制导体两端的电压不变；
（4）定值电阻两端的电压和滑动变阻器两端的电压之和等于电源电压，当小华在探究猜想③时，重新设计了电路，保持电压表的示数为3V，得到了与表二相同的数据，说明定值电阻两端的电压还是1.5V不变，则滑动变阻器两端的电压是3V，电压表测量的是滑动变阻器两端的电压．

解答 解：（1）小明在闭合开关前，变阻器连入电路的阻值没有调到最大值（或电压表选择量程太小），才导致了电压表指针超过量程；
（2）如表一中数据，导体电阻保持不变，改变导体两端的电压和电流，且导体中的电流和导体两端的电压增大的倍数相同，即导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压成正比，猜想①正确；
多次移动变阻器滑片的目的是改变导体两端的电压，测出多组数据，找出普遍结论；
（3）定值电阻两端电压是1.5V，则滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_R=4.5V-1.5V=3.0V，
当电路电流为0.1A时，滑动变阻器接入电路的阻值最大，
由I=$\frac{U}{R}$得滑动变阻器接入电路的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3V}{0.1A}$=30Ω，因此滑动变阻器应选“50Ω 1A”；
探究电流和电阻的关系时，控制导体两端的电压为1.5V不变，所以更换电阻后，移动滑片时，眼睛要观察电压表示数是否达到1.5V；
（4）滑动变阻器两端的电压和定值电阻两端的电压之和等于电源电压，小华和小红记录的数据相同，说明定值电阻两端的电压都是1.5V，电源电压是4.5V，则滑动变阻器两端的电压是3V，电压表测量的是滑动变阻器两端的电压．
故答案为：（1）闭合开关前，滑动变阻器没有将滑片滑倒电阻最大位置处；（2）①；测出多组数据，找出普遍结论；（3）“50Ω   1A”；观察电压表示数是否达到1.5V；（4）小华在实验中，电压表和滑动变阻器并联，测的是滑动变阻器两端的电压．

点评 本题考查了滑动变阻器的使用、对实验数据的处理能力，能通过数据判断电流与电压的正比关系以及根据实验要求选择滑动变阻器的规格是比较难的问题，既要考虑需要的电阻又要考虑允许通过的电流．