Question

10．在“探究电流与电压的关系”实验中，提供的器材有：电源（电压4.5V且不变），小灯泡（标有“2.5V  0.3A”），定值电阻R （阻值为10Ω），滑动变阻器R₀（标有“50Ω?1A”），学生用双量程电流表和电压表，导线若干：

（1）某实验小组经过相互讨论，完成了该实验方案的三次设计．由图甲到图乙，改进的理由是使电阻保持不变；接着小组再优化电路设计，由图乙到图丙．
（2）如图丙，实验中，如果出现了电流表示数为0，电压表示数接近4.5V，电路发生的故障可能是R断路．
（3）故障排除后，接着在图丙所示的电路中，闭合开关S，移动变阻器滑片 P 到某位置时，发现两电表中某一个表的指针达到满刻度，如图 （丁）或（戊）所示．此时电流表的示数为0.58A，电压表的示数为3.0V．
（4）多次调节滑动变阻器，测出通过电阻R的电流和对应的电压值，如表所示，分析数据得到结论：电阻不变，电流与电压成正比．

U/V	1.5	2.0	2.5	3.0
I/A	0.15	0.20	0.25	0.30

（5）最后用图丙电路“探究电流与电阻关系”，当定值电阻为10Ω时，对应的电流表示数为0.15A，接着为了测量更多组数据，又提供了15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、35Ω定值电阻各一个，其中30Ω和35Ω定值电阻不能使用．

Answer 1

分析 探究电流与电压、电阻的关系，需采用控制变量法．
（1）探究电流与电压的关系，需控制电阻不变，改变电阻两端的电压，从而改变电路中的电流；
（2）电流表示数为0，说明电路中有断路，电压表示数接近4.5V，说明电压表和电源连接的部分电路无断路；
（3）分别使电流表、电压表满偏，利用欧姆定律求出电压表、电压表的读数，选出合适的答案；
（4）探究电流与电压、电阻的关系时，要用到控制变量法，把握表中数据的相同点与不同点是得出结论的关键点；
（5）探究探究电流与电阻关系，要控制电压不变，从这一点入手，问题就可以迎刃而解．

解答 解：
（1）探究电流和电压的关系，需保持电阻不变，改变导体两端的电压，从甲图到乙图由灯泡换成了定值电阻，是为了使电阻保持不变；
（2）电路中出现电流表的示数为零，说明在电路中出现了断路，电压表有示数且接近电源电压4.5V，说明电压表和电源连接的部分电路无断路，只能是电阻R处出现了断路；
（3）电压表选的是0～3V量程，一大格表示1V，分度值为0.1V，满偏读数3.0V；电流表的示数I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A；若电流表选的是0～0.6A量程，满偏读数0.6A；电压表的示数U=IR=0.6A×10Ω=6V，不合适；
（4）在表中：导体的电阻一定，导体两端的电压从1.5V到2.0到2.5V再到3.0V，相对应的，导体中的电流从0.15A到0.20到0.25A再到0.30A．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；
（5）当定值电阻为10Ω时，对应的电流表示数为0.15A，可以求出定值电阻两端电压是U=IR=10Ω×0.15A=1.5V．由于探究电流与电阻关系，所以要保证滑动变阻器两端的电压为3.0V，这样可保证R两端电压1.5V，当滑动变阻器接入最大阻值时，电路中的电流最小为：I_最小=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{3.0V}{50Ω}$=0.06A，则允许接入的定值电阻的最大值为R_最大=$\frac{U}{{I}_{最小}}$=$\frac{1.5V}{0.06A}$=25Ω小于30Ω、35Ω，因此这两个定值电阻不能使用．
故答案为：
（1）使电阻保持不变；
（2）R断路；
（3）0.3A；3.0V；
（4）电阻不变，电流与电压成正比；
（5）30Ω和35Ω．

点评 导体中的电流与导体的电阻及导体两端的电压有关，在探究过程中要注意控制变量法的应用，滑动变阻器在电路中的作用很重要，当探究电流和电阻的关系时，其作用是保持电阻两端的电压不变；当探究电流和电压的关系时，其作用是改变导体两端的电压．