Question

3．小亮同学在探究“通过导体的电流跟该导体电阻的关系”实验中，利用如图所示实验器材和多个不同阻值的定值电阻进行实验探究．
（1）在图1所示的实物电路中，电压表连接有错误．
（2）请在图2虚线框内画出小亮探究实验的正确电路图．

（3）小亮同学将电路连接的错误改正后开始实验，在闭合开关S前，应使滑动变阻器的滑片P置于A端．（选填“A”或“B”）
（4）小亮同学探究的问题中自变量是导体电阻R，控制不变量是电阻两端的电压U．
（5）在此实验过程中，当定值电阻R由5Ω更换为10Ω后，为了探究上述问题，小亮同学应该采取的唯一操作是B．（填字母）
A．保持变阻器滑片不动                    B．将变阻器滑片适当向A端移动
C．将变阻器滑片适当向B端移动        D．适当增加电池的个数
（6）在实验过程中，当滑动变阻器的滑片P移到某点时，发现两电表的示数如图3甲、乙所示，则此时小亮所使用的电阻为10Ω．
（7）另一个小组重新设置了小亮实验中不变量的数值，又进行了多组实验，并根据自己的实验数据绘制出通过导体的电流随导体电阻变化规律的图象，如图4所示．请你根据图象判断，当导体电阻为5Ω时，通过该导体的电流为1.2A．
（8）完成实验后，小亮同学利用图1所示的连接方式，进行了如下实验
①当开关S闭合，滑动变阻器的滑片滑到某一位置时，记录电流表示数为0.5A，电压表示数为1V；
②当滑动变阻器的滑片滑到另一位置时，记录电流表示数为0.4A，电压表示数为2V．根据以上数据小亮同学计算出此时电路中电阻R的阻值是10Ω．

Answer 1

分析 （1）（2）通过导体的电流跟该导体电阻的关系，电压表应测导体的电压，与导体并联；据此画出小亮探究实验的正确电路图；
（3）为保护电路，在闭合开关S前，应使滑动变阻器的滑片P置于阻值最大处；
（4）探究通过导体的电流跟该导体电阻的关系时，通过导体的电流随电阻的变化而变化，据此回答；
探究通过导体的电流跟该导体电阻的关系，应控制导体的电压不变；
（5）当定值电阻R由5Ω更换为10Ω后，先根据分压原理确定电压表示的变化，因探究通过导体的电流跟该导体电阻的关系，应控制导体的电压不变，由串联电路电压的规律确定变阻器的电压变化，再由分压原理确定滑片移动的方向；
（6）根据图3甲、乙两表选用的量程，确定分度值读数，根据欧姆定律求电阻R；
（7）根据图4图象上的坐标，找出通过导体的电流随导体电阻变化规律，由欧姆定律求出小亮所使用的电阻；
（8）根据图1电路，由串联电路电压、电流的规律和欧姆定律，根据电阻大小不变列方程求电阻大小．

解答 解：（1）电压表并联在变阻器的两端了，是错误的，应并联在定值电阻两端，故电压表连接有误；
（2）将电压表与电阻并联，如下所示：

（3）在闭合开关S前，应使滑动变阻器的滑片P置于阻值最大处，即A端；
（4）小亮同学在探究通过导体的电流跟该导体电阻的关系，通过导体的电流随电阻的变化而变化，探究的问题中自变量是导体的电阻；
根据控制变量法，探究通过导体的电流跟该导体电阻的关系时，应控制电阻两端的电压U保持不变；
（5）在此实验过程中，当定值电阻R由5Ω更换为10Ω后，根据分压原理，电压表示数变大，因探究通过导体的电流跟该导体电阻的关系时，应控制电阻两端的电压U保持不变，根据串联电路电压的规律，应增大变阻器分得的电压，由分压原理，变阻器连入电路中的电阻应变大，滑片向A移动；选B；
（6）如图3甲、乙两表选用小量程，分度值分别为0.1V和0.02A，示数分别为2.8V和0.28A，
根据欧姆定律，电阻R=$\frac{U}{I}=\frac{2.8V}{0.28A}$=10Ω；
（7）由图4曲线上的几个点对应的坐标，当电阻为10Ω、20Ω、30Ω时，
对应的电流分别为0.6A、0.3A、0.2A，
根据欧姆定律，重新设置的电压值U′=R′I′=10Ω×0.6A=×0.3A=…=30Ω×0.2A=6V，
当导体电阻为5Ω时，通过该导体的电流为I″=$\frac{U′}{R″}=\frac{6V}{5Ω}$=1.2A；
（8）根据（1）中电路的边连接，电压表滑动变阻器的电压，
设电源电压为U_总，定值电阻的电压U_定，
变阻器的电压U_滑，根据串联电路电压的规律，
U_定=U_总-U_滑，根据定值电阻大小不变，
由欧姆定律列方程：$\frac{{U}_{总}{-U}_{滑1}}{{I}_{1}}$=$\frac{{U}_{总}{-U}_{滑2}}{{I}_{2}}$，即$\frac{{U}_{总}-1V}{0.5A}=\frac{{U}_{总}-2V}{0.4A}$，
解之：U_总=6V，代入原式，得电阻R_定=$\frac{6V-1V}{0.5A}$=10Ω．
故答案为：（1）电压表；
（2）如上图所示；
（3）A；
（4）导体电阻R；电阻两端的电压U；
（5）B；
（6）10Ω；
（7）1.2A；
（8）10Ω．

点评 本题探究通过导体的电流跟该导体电阻的关系，考查电路的连接、实验注意事项、控制变量法的应用、实验操作步骤、根据图象分析数据的能力及灵活运用串联电路的规律和欧姆定律解决实际问题的能力，涉及的知识点多，综合性强，有一定难度．