Question

5．探究电流与电压、电阻的关系．
【提出问题】通过导体的电流与导体两端电压及导体电阻的大小有什么关系？
【猜    想】①导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压成正比．
②导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压的平方成正比．
③导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．
【实验器材】电源（电压恒为4.5 V），电流表、电压表各一只，开关一个，三个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω），两只滑动变阻器（20Ω 2 A、50Ω 1 A），导线若干．
【实验过程】
（1）根据图所示实物图在虚线框内画出电路图．

（2）小明按图正确连接电路时，开关是断开的．闭合开关，发现电流表有示数，电压表无示数．故障原因是电阻短路．
（3）小明改正错误后继续实验，通过改变定值电阻R两端的电压，测得电流、电压的值如表一．分析数据可得出猜想①是正确的．
表一

电压U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8
电流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28

表二

电阻R/Ω	5	10	15
电流 I/A	0.30	0.15	0.10

（4）小红在探究猜想③时，先将5Ω的电阻连入电路中，闭合开关，移动滑片，使与电阻并联的电压表的示数为1.5V，并记下电流值；再分别改接10Ω、15Ω的电阻，重复上述实验，得到了表二中的实验数据．分析数据得出，猜想③是正确的．实验中，小红多次移动变阻器滑片的目的是保持定值电阻两端的电压不变．．
（5）小华在探究猜想③时，重新设计了电路，保持电压表的示数为3V，得到了与表二相同的数据，也完成了实验探究．小华与小红的实验相比不同之处是：电压表接在了滑动变阻器两端．
【知识拓展】
（1）小明实验时选择的是10Ω电阻．
（2）小红实验时选择的变阻器规格是50Ω 1 A．

Answer 1

分析 （1）由实物图画电路图的方法：从电源的正极开始，顺着电流的路径，依次电流表、定值电阻、滑动变阻器，到电源的负极．最后把电压表并列连接在定值电阻两端．
（2）电流表有示数，说明电路是连通的，电压表无示数可能与电压表并联的电阻短路了；
（3）根据表中电压和电流的比值为一定值回答；
（4）探究电流跟电阻的关系时，根据控制变量法，保持电压表示数不变；
当改变电阻大小，由分强原理，电压表示数发生改变，通过移动滑动变阻器的滑片来达到控制电压不变的目的；
（5）由题目条件结合表中数据，根据串联电路电压的规律分析回答．
【知识拓展】（1）根据定律求电阻大小；
（2）根据串联电路电压的规律求出变阻器的电压，根据分压原理求出变阻器连入电路中最大电阻，再结合电路中的最大电流，确定变阻器的规格．

解答 解：（1）从电源正极-电流表-定值电阻-滑动变阻器-电源负极．电压表测量定值电阻的电压，把电压表并联在定值电阻两端．如下图所示：

（2）为保护电路，小明按图正确连接电路时，开关应是断开的．闭合开关，发现电流表有示数，说明电路为通路，电压表无示数，则故障原因是与电压表并联的电阻R短路了；
（3）如表格数据，电压与对应的电流比值$\frac{U}{I}$═10，电压和电流的比值为定值，所以导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压成正比．猜想①正确；
（4）在电阻由5Ω→10Ω→15Ω时，通过移动滑动变阻器的滑片，必须保持定值电阻两端的电压1.5V不变．所以多次移动滑片是为了保持定值电阻两端的电压不变．
（5）滑动变阻器两端的电压和定值电阻两端的电压之和等于电源电压，小华和小红记录的数据相同，说明定值电阻两端的电压都是1.5V，电源电压是4.5V，则滑动变阻器两端的电压是3V，电压表测量的是滑动变阻器两端的电压．
【知识拓展】
①小明实验数据如表一，由欧姆定律，电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.12A}$=10Ω；
②在电阻由5Ω→10Ω→15Ω时，滑动变阻器和定值电阻是串联的，电源电压是4.5V，定值电阻的电压是1.5V，由串联电路电压的规律，则滑动变阻器两端的电压是4.5V-1.5V=3V，变阻器的电压是定值电阻电压的$\frac{3V}{1.5V}$=2倍，根据分压原理，变阻器的连入电路中电阻为定值电阻的2倍，即为2×15Ω=30Ω＞20Ω，当选用5Ω的最小定值电阻时，通过电路的最大电流
I_大=$\frac{{U}_{表}}{{R}_{小}}=\frac{1.5V}{5Ω}$=0.3A＜1A，所以滑动变阻器选择50Ω 1A．
故答案为：（1）如上图．
（2）断开；电阻短路；
（3）①．
（4）保持定值电阻两端的电压不变．
（5）电压表接在了滑动变阻器两端；
【知识拓展】（1）10；（2）50Ω 1A．

点评 本题通过导体的电流与导体两端电压及导体电阻的大小有什么关系，考查由实物图画电路图、实验注意事项、故障的分析、对实验数据的处理能力及归纳结论的能力，变阻器的作用、对器材的选择及控制变量法的运用．综合性较强．