Question

12．小明要探究“电流与电阻的关系”．器材有：滑动变阻器、开关、电源（电压恒为6V）各一个，电流表、电压表各一块，三个定值电阻（10Ω、15Ω、20Ω），导线若干．

（1）图1是小明连接的实物电路，图中有一根导线连接错误，请你在连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．
（2）电路连接正确后，闭合开关前，滑片应置于A端．
（3）闭合开关后，移动滑片，使与电阻（20Ω）并联的电压表示数为4V，读出电流表示数，再分别改接15Ω、10Ω的电阻，重复上述实验，收集的实验数据如表1所示．老师告诉小明有一组数据误差较大，便找来一个5Ω的电阻让他再测一组数据．当他把5Ω的电阻接入电路时，要使电压表示数仍为4V，实验不能继续进行，其原因是超过了电流表所选的量程．改变连接后，当电压表示数仍为4V时，电流表示数为0.8A（如图2所示）．
综合分析数据可得：电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比．
表1

电压U/V	4
电阻R/Ω	20	15	10
电流I/A	0.20	0.28	0.40

表2

电阻R/Ω	10
电压U/V	2	3	4	5	6
电流I/A	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6

（4）小明又利用上述实验器材探究“电流与电压的关系”，将滑片从一端移到另一端的过程中，收集的实验数据填入了表2中．
①分析表二中数据可得：电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比．
②分析可知，小明使用的变阻器的最大阻值至少为20Ω．

Answer 1

分析 （1）被测电阻与电流表、滑动变阻器串联接入电路，电压表与被测电阻并联，并且电流从正接线柱流入，负接线柱流出；由实物图画电路图时，可以根据先串后并的原则，先按电流的流向把元件最多的电路画出，再把并联的部分画到相应的位置即可；
（2）滑动变阻器在电路中有两种作用，一种是保护电路，滑动变阻器的滑片要处于最大阻值处，阻值最大，电流最小，电路不会因电流过大烧坏电路．另一种是移动滑片改变小灯泡两端的电压和电流．
（3）电路中分别接入20Ω、15Ω、10Ω的电阻，实验能够正常进行，说明电路是正常的，改接5Ω电阻后，电路不能正常进行，是由于超过了电流表所选的量程；
先确定电流表选择的量程和最小分度值，再读出电流表的示数；
综合数据分析可知，电压一定时，导体中的电流和导体的电阻成反比；
（4）①电阻一定时，导体中的电流和导体两端的电压成正比；
②根据串联电路的特点和滑动变阻器接入电路的最大值和最小值列出等式解答．

解答 解（1）电路连接时，电阻短路，修改如下：

（2）在闭合电路前，滑动变阻器的滑片应为最大阻值处，所以滑片应位于A端；
（3）若再接入5Ω的电阻时，实验不能正常进行，是由于超过了电流表所选的量程；
电阻两端的电压为4V，根据I=$\frac{U}{R}$，电流表选择0～3A量程，所以示数为0.8A；
综合数据分析可知，电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比；
拓展：
（1）综合表2中数据可知，电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比；
（2）当滑片移到最小阻值处，即接入电路中的电阻为0时，电路中电流I=0.6A，
定值电阻的阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω；
当滑片移到最大阻值处，电路中电流I=0.2A，
电路中的总电阻R_串=$\frac{U}{I′}$=$\frac{6V}{0.2A}$=30Ω，
滑动变阻器的阻值R′=R_串-R=30Ω-10Ω=20Ω；
故答案为：（1）如上图；
（2）A； 
（3）超过了电流表所选的量程；0.8；导体中的电流跟导体的电阻成反比；
（4）①导体中的电流跟导体两端的电压成正比；②20．

点评 本题是探究通过电阻的电流与电阻大小的关系实验，涉及到电路图的连接、电路故障的分析、滑动变阻器的使用、电流表的读数、串联电路的特点、欧姆定律的应用和控制变量法的应用，涉及的知识点较多，要深入理解和熟练掌握．