Question

11．在“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验中，小刚设计的实验电路图如图甲所示．
实验器材：电源（电压恒为6V），电流表、电压表各一只，一个开关，三个定值电阻（分别为5Ω、10Ω、20Ω），两只滑动变阻器（分别标有“50Ω 2A”、“30Ω 1A”），导线若干．

（1）请根据图甲所示的电路图，用笔画线代替导线把图乙所示的实物电路连接完整（根据本实验，合理选择电流表和电压表的量程接入电路）．
（2）连接电路时，开关S应处于断开状态．闭合开关S前，滑片P应置于B（选填“A”或“B”）端．
（3）在探究电流与电压的关系时，所测得的几组电流、电压值见表所示．分析表中数据可知：接入电路的定值电阻阻值为5Ω；当导体的电阻一定时，通过导体的电流与这段导体两端的电压成正比．

实验 序号	电压 U/V	电流 I/A
1	1.0	0.20
2	1.5	0.30
3	2.0	0.40

（4）探究电流与电阻的关系时，首先将5Ω的电阻接入电路，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2V，读出并记下电流值．断开开关，再将5Ω的电阻改接成10Ω的电阻后，不移动滑片，再闭合开关，发现电压表示数大于2V（选填“大于”、“小于”或“等于”）．于是他下一步的操作是：将滑动变阻器的滑片向B（选填“A”或“B”）端移动，使电压表示数为2V，并记下电流值；再改接20Ω重复上述实验．
（5）当他改接20Ω的电阻进行实验时，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，电压表的示数始终无法达到2V．经检查，电路连接无误，各元件均完好，请你找出一种可能的原因：滑动变阻器最大阻值过小．请你利用题中现有的实验器材帮他解决问题，其方法是：增大滑动变阻器的电阻值．

Answer 1

分析 （1）根据电压电源电压和实验数据判定电表的量程；
（2）在连接电路时，要把开关断开，滑动变阻器移到最大阻值处．这样做是为了保护电路．
（3）要探究通过导体的电流与电压、电阻的关系，需要用到控制变量法，若探究电流与电压的关系，需使电阻不变，改变电压；若要探究电流与电阻的关系，需使电压不变，改变电阻；
（4）根据控制变量法可知需控制电压相同，由于电路中电阻的变化，根据串联分压可知待测电阻两端的电压会增大，则为了保持待测电阻两端的电压相同，则需在通过调节滑动变阻器来实现这一要求；
（5）从滑动变阻器阻值大小、电源电压大小、电阻本身等方面分析原因．

解答 解：（1）电流表串联接入电路中，量程为0-0.6A，电压表并联在电路中，量程为0-15V；实物图为：

（2）在连接电路时，要把开关断开，滑动变阻器移到最大阻值处即B处．
（3）探究电流与电压的关系时，要保持电阻值不变，根据第一组数据知，R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.0V}{0.2A}$=5Ω；分析得，电阻不变，电压增大为原来的几倍，电流就增大为原来的几倍，可得当导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；
（4）研究电流与电阻的实验中应控制电压不变，根据串联电路电阻的分压特点可知，5Ω的定值电阻改接成10Ω的定值电阻，即电阻增大，分得的电压增大，因此电压表的示数大于2V；为了完成实验即保持电阻两端的电压不变，应增大滑动变阻器分得的电压，即应增大滑动变阻器分得的电压，所以滑片应向B端移动，使电压表的示数为2V．
（5）无论怎样移动滑动变阻器，20Ω电阻两端的电压始终无法达到2V，可能是滑动变阻器最大阻值太小，滑动变阻器分压太小，使电阻电阻两端的电压过大造成的；或是定值电阻的阻值过大，造成分压过大，或是由于控制的定值电阻两端的电压太小造成的；或是电源电压太大．解决的办法是增大滑动变阻器的电阻值．
故答案为：（1）如上图；（2）断开；B；（3）5；正比；（4）大于；B；（5）滑动变阻器最大阻值过小；增大滑动变阻器的电阻值．

点评 本题是探究电流、电压和电阻三者之间的关系，为欧姆定律做铺垫，侧重考查控制变量法，能否知道控制电压不变是本实验的关键所在．