Question

3．如图甲是某实验小组探究“电流与电压、电阻关系”的电路图，使用的实验器材有：电压为6V的电源、电流表、电压表各一个，开关一个，5Ω、10Ω、15Ω、30Ω的定值电阻各一个，规格为“20Ω 1A”的滑动变阻器一个，导线若干．

（1）请把图甲中接错的那根导线找出来打上“×”，再用笔画线代替导线把它改正．
（2）改接好电路后所测得的几组电流、电压值如表1所示．在第2次实验中，电流表的示数如图乙所示，则通过电阻的电流为0.3A．根据表1数据可得结论：在电阻一定时，导体中的电流与其两端的电压成正比．
表1

实验次数	1	2	3
电压U/V	1.0	1.5	2.0
电流I/A	0.2		0.4

表2

实验次数	1	2	3
电阻R/Ω	5	10	15
电流I/A	0.6	0.3	0.24

（3）探究电流与电阻的关系时，所测得的几组电流、电压值如表2所示，
①由于操作不当，导致一组数据存在错误，请判断第3次实验的数据存在错误．产生错误的原因是滑动变阻器滑片没有调节就读数了，正确的数据应该是0.2A．
②纠正错误以后，该小组用30Ω的电阻替换15Ω的电阻进行了第4次实验，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3V．请你找出一种可能的原因滑动变阻器的最大阻值较小．

Answer 1

分析 （1）实验过程中，应注意将电压表与电阻并联，变阻器串联在电路中；
（2）看清量程和分度值读出电流表的示数；探究电流与电压关系时，保持电阻不变，分析表中数据得出结论；
（3）①探究电流与电阻关系时，要保持电压一定，分析表中数据得出结论；
②根据滑动变阻器分压和串联电路电流相等特点分析解答．

解答 解：
（1）由图知，变阻器与电阻并联，且电压表串联在电路中了，应将电压表与电阻并联，故做如下图更改：

（2）电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.3A，分析表一数据可知，当电阻一定时，导体中电流与其两端电压成正比；
（3）①当接入电阻R₂=10Ω时，电路中的电流为I₂=0.3A，此时滑动变阻器接入的阻值为R=$\frac{U-{U}_{2}}{{I}_{2}}=\frac{6V-3V}{0.3A}$=10Ω，将R₂换为R₃=15Ω时，滑动变阻器滑片位置不动，此时电流中的电流为I=$\frac{U}{R+{R}_{3}}=\frac{6V}{10Ω+15Ω}$=0.24A，故第3次实验时，没有移动滑片就读电流表示数了，由于电压一定时，导体中的电流与其电阻成反比，故应该为0.2A；②纠正错误以后，该小组用30Ω的电阻替换15Ω的电阻进行了第4次实验，
当R₄=30时，由于保持电阻两点电压为U_R=3V不变，则滑动变阻器两端分的电压为U′=U-U_R=6V-3V=3V，
此时电流为I_R=I′=$\frac{{U}_{R}}{{R}_{4}}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A，则滑动变阻器需要接入的阻值为：R′=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{3V}{0.1A}$=30Ω＞20Ω，此时滑动变阻器的阻值不能满足要求，故应换用以更大阻值的变阻器．
故答案为：
（1）见上图；（2）0.3；在电阻一定时，导体中的电流与其两端的电压成正比；
（3）①3；滑动变阻器滑片没有调节就读数了；0.2A；②滑动变阻器的最大阻值较小．

点评 此题为实验中最为典型的探究电流与电压、电阻关系的实验题，该题关键难点是分析第三次实验电流表示数错误原因，要充分把握电压一定．