Question

11．李老师组织同学们到实验室探究电流与电阻的关系．实验桌上提供了如图甲所示的一些器材，其中电源电压6V，滑动变阻器上标有“1A  40Ω”字样，定值电阻R₁=40Ω、R₂=20Ω、R₃=10Ω、R₄=5Ω．
（1）如图乙所示是甲小组同学已连接好的部分电路，请你用笔画线代替导线将实物电路连接完整．
（2）甲小组同学连好电路后，闭合开关发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电压表示数始终为3V，电流表示数始终为0.07A．则产生这一现象的原因是滑动变阻器接法错误（变阻器电阻线全部接入电路）．
（3）甲小组同学排除故障后，分别用R₁、R₂进行实验，实验时调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数保持4V不变，并将电压、电阻及对应的电流记录下来．然后，将电阻R₂换成R₃，你的下一步正确操作应该是：使滑动变阻器的滑片向A（填“A”或“B”）端移动直至使电压表的示数仍为4V为止．接着该小组同学又将R₃换成R₄，为完成该步实验，他们应改动电路才行，这一改动是将电流表的量程改成0～3A．
（4）乙小组同学们率先完成了本次实验，他们作出的I-R图象如图丙所示，你从图象中获得的信息是：电压一定，电流跟电阻成反比．
（5）乙小组同学余兴未了，讨论实验桌上的器材，认为还可以完成多个测量性和探究性实验，他们列举如下：①组成串联电路；②用电流表测电流；③探究串联电路的电流特点；④探究并联电路的电流特点；⑤探究电流产生的热量与电流的定性关系；⑥并联电路的电压关系．
请你帮助乙小组同学在⑥处填入一个还可完成的实验…

Answer 1

分析 （1）探究电流与电阻的关系时，电流表与电阻串联，电压表与电阻并联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；
（2）滑动变阻器要接一上一下两个接线柱，如果滑动变阻器同时接下面两个接线柱，滑动变阻器阻值全部接入电路，成为定值电阻，电路电阻很大，电流很小；
（3）探究电流与电阻的关系时，应保持定值电阻两端的电压不变即电压表的示数不变，当小电阻替换大电阻时，定值电阻分得的电压减小，要使电压表的示数不变应减小滑动变阻器分得的电压，根据欧姆定律求出定值电阻为R₄时电流表的示数，然后确定改动的电路；
（4）分析图丙中图象，曲线上每一点对应的电流和电阻的乘积相等，说明电压一定时，导体中的电流与电阻成反比；
（5）由图甲中实验器材可知，选取电源、导线若干和不同的电阻组成并联电路，然后利用电压表测出电阻两端的电压探究并联电路的电压关系．

解答 解：（1）电流表与电阻串联，电压表与电阻并联，滑动变阻器的任意上方接线柱与电阻串联，如下图所示：

（2）如果滑动变阻器同时接下面两个接线柱A、B，滑动变阻器阻值全部接入电路，滑动变阻器被成为定值电阻，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电表示数都不变，且电路中的电流较小；
（3）由R₁、R₂进行实验时，电压表的示数保持4V不变，则电阻R₂换成R₃、R₃换成R₄时，因保持电压表的示数为4V不变；
当电阻R₂换成R₃时，定值电阻的阻值减小，分得的电压减小，滑动变阻器分得的电压增大，
要使电压表的示数不变，应减小变阻器分得的电压，即滑片向A端移动减小接入电路中的电阻，知道电压表的示数为4V为止；
图乙中，电流表的量程为0～0.6A，当将R₃换成R₄后，电流表的示数I=$\frac{{U}_{V}}{{R}_{4}}$=$\frac{4V}{5Ω}$=0.8A＞0.6A，
则电路中的改动是：将电流表的量程改成0～3A；
（4）分析图丙图象，曲线上每点对应的电流和电阻的乘积都等于4V，说明电压一直保持在4V，此时导体中的电流与电阻成反比，
故可得结论：电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比；
（5）利用图甲中的电源、导线若干和不同的电阻组成并联电路，然后利用电压表测出电阻两端的电压探究并联电路的电压关系．
故答案为：
（1）实物图的连接如上图所示；
（2）滑动变阻器接法错误（变阻器电阻线全部接入电路）；
（3）A；电压表的示数仍为4V；将电流表的量程改成0～3A； 
（4）成反比；
（5）并联电路的电压关系．

点评 本题考查了探究电流与电阻的关系的实验，涉及到实物电路图的连接、电路故障的判断、滑动变阻器的使用和电路图的设计等，关键是会利用控制变量法，这也是本题的重点．