Question

3．小强同学观察到一些电学现象：小灯泡两端的电压越大，通过灯丝的电流越大，灯泡越亮；电源电压一定时，电路中的电阻增大，电路中的电流就变小，灯泡变暗．
小强猜想：通过导体中的电流的大小与导体两端的电压和导体的电阻有关．

请你帮助小强完成这个探究实验：
（1）选择的器材：电源、开关、三个阻值不同的电阻（5Ω、10Ω、20Ω），导线若干，电流表及电压表各一块，还需要滑动变阻器．
（2）请用笔代替导线将图1中各元件补充完整，并按实物图在虚线框图2内画出电路图．
（3）测量的步骤及数据：
 ①按电路图连接电路．连接电路时，开关必须断开；实验前使滑动变阻器接入电路阻值最大，滑片P应放在最右端（填“左”或“右”）．
 ②首先把10Ω的电阻连入电路，滑动滑动变阻器的滑片，改变R₁两端的电压，测得三组数据如表一所示；
③分别把三个阻值不同的电阻连入电路，调节滑动变阻器的滑片，始终保持每个电阻连端的电压为2V，测得三组数据如表二所示．

表一：电阻R1=10Ω				表二：电压U=2V
电压（V）	1	2	3	电阻（Ω）	5	10	20
电流（A）	0.1	0.2	0.3	电流（A）	0.4	0.2	0.1

（4）分析与结论：
分析表一得出的结论是：电阻一定时，电阻中的电流与电阻两端的电压成正比；
分析表二得出的结论是：电压一定时，电阻中的电流与电阻成反比．
（5）这种研究问题的方法是控制变量法．

Answer 1

分析 （1）本实验中要多次测量求平均值减小误差，据此选择实验器材．
（2）伏安法测电阻是指用电压表测出电阻两端的电压，用电流表测出通过电阻的电流，根据R=$\frac{U}{I}$求出被测电阻的阻值，再与电源和开关组成电路即可；根据电阻两端分得的最大电压确定电压表的量程，且与电阻并联，根据欧姆定律求出电路中的最大电流确定电流表的量程且与电阻串联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，据此连接实物图．
（3）为保护电路，连接电路过程中，开关应该断开，并将滑片移至最大阻值处；
（4）探究电流与电压、电阻的关系时，要用到控制变量法，把握表一、表二中数据的相同点与不同点是得出结论的入手点．在电路中要利用滑动变阻器来控制定值电阻两端的电压的变与不变；
（5）电流与多个因素有关，应用控制变量法进行探究．

解答 解：（1）实验中除了所给的器材，还要用到保护电路和改变电阻两端电压达到多次测量求平均值减小误差的滑动变阻器．
（2）电压表与电阻并联，电阻两端分得的最大电压为6V，所以电压表的量程为0～15V；
电流表与电阻串联，电路中的最大电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{6V}{5A}$=1.2A，所以电流表的量程为0～3A；
滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，再与开关和电源组成电路即可，实物图如下图所示：

根据实物图画出电路图，如图所示：

（3）为防止电路中出现短路情况，连接电路时，开关必须断开；实验前使滑动变阻器接入电路阻值最大处，由图知，变阻器的下面接了左边的接线柱，滑片P应放在最右端；
（4）在表一中：导体的电阻10Ω一定，导体两端的电压从1V到2V再到3V，相对应的，导体中的电流从0.1A到0.2A再到0.3A．电压增加几倍，电流也增加几倍，故得结论：在电阻一定时，电流与电压成正比．
在表二中：导体两端的电压2V一定，导体的电阻从5Ω到10Ω，再到20Ω，相对应的，导体中的电流从0.4A到0.2A再到0.1A，电阻增加几倍，电流变为原来的几分之一倍，故得结论：在电压一定时，电流与电阻成反比．
（5）由上分析知，要探究电流与电阻的关系，需控制电压不变，要探究电流与电压的关系，需控制电阻不变，用到控制变量法．
故答案为：（1）滑动变阻器；（2）如上图所示；（3）①断开；最大；左；（4）电阻一定时，电阻中的电流与电阻两端的电压成正比；电压一定时，电阻中的电流与电阻成反比；（5）控制变量．

点评 本题考查了实物电路图的连接和利用控制变量法得出实验结论，关键是明白此实验的原理和控制变量法的应用．