Question

15．某班在探究“电流与电压和电阻的关系”的实验中，分成了两大组进行实验探究：

（1）甲实验小组为了研究“电阻中的电流与电压的关系”设计了如图所示的电路．
a．请你指出他们在电路连接上的三处错误：①电压表量程选大了，②电流表“+”“-”接线柱错了，③滑动变阻器同时接上面两个接线柱．
b．该实验小组在器材选择上有一个元件选择是错误的，是灯泡，应换成定值电阻，理由是：灯泡电阻随温度变化而变化．

接入的电阻	R1	R2	R3	R4
电阻R/Ω	5Ω	10	15	20
电流I/A	1.00	0.50

（2）乙实验小组探究为了“电阻中的电流与电阻的关系”特选择了以下器材：学生电源、开关1个、滑动变阻器R₀一个、导线若干、四个定值电阻（R₁=5Ω、R₂=10Ω、R₃=15Ω、R₄=20Ω），但是由于粗心少领了一只电压表，多领了一只电流表．同学们通过思考讨论设计出了如图2所示的电路图，并进行了实验（实验之前老师特别强调他们注意用控制变量法）．实验步骤如下：
a．先将各元件按电路图正确连接，接入的定值电阻分别为R₁=5Ω、R₂=10Ω，调节滑动变阻器，读出电流表的示数记如表：
b．把定值电阻R₂换成R₃，调节滑动变阻器使电流表A₁的示数保持1A不变，记下对应电流表A₂的示数，填入表格中（请你帮他们完整这一步的操作）；
c．再把R₃换成R₄，按上一步的操作进行调节，并记下对应电流表的示数，填入表格中；
d．分析数据得出结论：当电阻两端电压一定时，通过电阻的电流与电阻成反比．

Answer 1

分析 （1）实验时电表应选择适当的量程；电表正负接线柱不要接反；滑动变阻器应接一上一下两个接线柱；探究电流与电压的关系，应保持电阻阻值不变．
（2）探究电阻中的电流与电阻的关系时，需控制电阻两端电压不变，因此先根据表格中数据计算出通过R₁的电流，然后调节滑动变阻器，使电流表A₁的示数保持不变，再根据I=$\frac{U}{R}$求出电流表A₂的示数；运用控制变量法找出表格各物理量的关系．

解答 解：（1）a．由电路图可知，电路存在以下错误：①电压表量程选大了；②电流表“+”“-”接线柱错了；③滑动变阻器同时接上面两个接线柱，滑动变阻器接线柱接错了．
b．探究电流与电压的关系，应控制电阻阻值不变，由于灯泡电阻随温度变化而变化，不是定值，因此实验时不能用灯泡做电阻，应更换成定值电阻．
（2）b．探究电阻中的电流与电阻的关系时，需控制电阻两端电压不变，因此调节滑动变阻器使电流表A₁的示数保持1A不变，此时电流表A₂的示数：I₂=$\frac{U}{{R}_{3}}$=$\frac{5Ω×1A}{15Ω}$=0.33A；如下表所示
c．当把R₃换成R₄时，电流表A₂的示数：I₂′=$\frac{U}{{R}_{4}}$=$\frac{5Ω×1A}{20Ω}$=0.25A，如下表所示

接入的电阻	R1	R2	R3	R4
电阻R/Ω	5Ω	10	15	20
电流I/A	1.00	0.50	0.33	0.25

d．分析表格中的数据可得出的结论：当电阻两端电压一定时，通过电阻的电流与电阻成反比．
故答案为：（1）a．①电压表量程选大了；②电流表“+”“-”接线柱错了；③滑动变阻器同时接上面两个接线柱；b．灯泡；定值电阻；灯泡电阻随温度变化而变化；（2）b．调节滑动变阻器使电流表A₁ 的示数保持1A不变；d．当电阻两端电压一定时，通过电阻的电流与电阻成反比．

点评 本题考查了学生对电流表、电压表和滑动变阻器正确使用的掌握情况，以及实验前开关的状态；侧重考查了控制变量法的应用．小灯泡的电阻与温度有关是解决本题的关键．