Question

6．在“探究导体的电流跟电阻的关系”实验中，老师提供的器材有：电源（电压恒为4.5V），电流表、电压表和开关各一个，四个定值电阻（10Ω、15Ω、20Ω、30Ω），两个滑动变阻器（规格分别是“5Ω，2A”、“20Ω，1A”），导线若干．
（1）请用笔画线表示导线，在图甲中将实验电路图连接完整．
（2）在连接电路时，要求先将开关、滑动变阻器滑片分别处于C的位置．（填字母）
A．断开、a处       B．断开、b处      C．断开、c处       D．断开、d处

（3）实验时，先在ab间接接入10Ω电阻，移动滑P，使电压表示数为3V，并记录相应的电流值；再改接l5Ω的电阻，此时滑片P应向c（选填“c”或“d”）端移动，这样移动滑片的目的是：使定值电阻两端的电压保持3V不变．
（4）本实验需在ab间先后接入上述四个定值电阻，为完成整个实验，应该选取规格为“20Ω 1A”的滑动变阻器．
（5）通过实验获救数据，得到如图乙所示导体的电流I随电阻R变化的图象，由图象可得出结论：电压一定时，电流与电阻成反比．表达式：I=$\frac{U}{R}$ （用所测物理量符号表示）

Answer 1

分析 （1）根据图乙确定电路中的最大电流，从而确定电流表的量程，并使开关、电流表、定值电阻以及滑动变阻器串联连接，注意电流从电流表的正接线流入，负接线柱流出；
（2）连接电路时，开关应该断开；闭合开关前，滑动变阻器滑片P应位于阻值最大处；
（3）当将电阻由10Ω更换为15Ω后，定值电阻阻值变大，定值电阻分压变大，滑动变阻器分压变小，为保证电阻两端电压不变，应向c端移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变大，使定值电阻两端电压保持3V不变；
（4）滑动变阻器最大阻值太小，滑动变阻器的最大分压太小，定值电阻不能达到1.5V，为使实验能正常进行，可以更换最大阻值大的滑动变阻器或使定值电阻两端电压变大；
（5）用控制变量法进行分析，即电压一定时，通过导体的电流与电阻成正比．

解答 解：（1）根据图象可知，电路中的最大电流小于定值电阻与滑动变阻器、电流表串联接入电路；电压表与电阻并联，电流从“+”接线柱流入，从“-”接线柱流出；如图所示：

（2）连接电路时，开关必须处于断开状态；闭合开关前，需将滑动变阻器滑片处于阻值最大处，即将滑片位于c处；故选C；
（3）定值电阻由10Ω更换为15Ω后，定值电阻分压变大，为了保持定值电阻两端电压不变，需增大滑动变阻器两端电压，即增大滑动变阻器接入电路的阻值；
由电路图可知，应向c端移动滑动变阻器滑片，使定值电阻两端电压减小到原来的3V，保持定值电阻两端电压一定．
（4）实验中，当定值电阻是30Ω时，通过电路的电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A，
滑动变阻器接入电路的阻值应为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.5V-3V}{0.1A}$=15Ω＞5Ω，
为使实验能顺利进行，可以更换最大阻值较大的滑动变阻器，使用规格为“20Ω；1A”的滑动变阻器，使定值电阻两端的电压变大，等于3V；
（5）从图象上可以看出，导体两端的电压一定时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比；表达式为I=$\frac{U}{R}$．
故答案为：（1）如上图所以；（2）C；（3）c；使定值电阻两端的电压保持3V不变；（4）“20Ω 1A”；（5）电压一定时，电流与电阻成反比；I=$\frac{U}{R}$．

点评 本题考查了连接电路图、滑动变阻器的调节、实验方案的改进等问题，实验中应用了控制变量法，解题时注意该方法的应用．第（3）小题是本题的难点，知道实验过程中应控制定值电阻两端的电压不变，分析清楚电路结构、认真分析实验数据是正确解题的基础与关键．