Question

8．在“探究导体的电流跟电压、电阻的关系”实验中，老师提供的器材有：电源（电压恒为4.5V），小灯泡标有“2.5V  0.3A”，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）在“探究电流与电压的关系”过程中，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1到图2，改进的理由是小灯泡灯丝电阻受温度影响较大；
由图2到图3，改进的理由是能改变电路中的电流和电压．
（2）小明根据设计的电路图，连接了实物图如甲，实验时老师指出有一根导线连接错了，请你帮助小明在需要改动的导线上打“×”，并在图上改正．

（3）实验过程中，闭合开关后，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电阻断路．
（4）在研究“导体的电流跟电阻的关系”实验时，先接入10Ω电阻，移动滑片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应向左（选填“左”或“右”）端移动．
（5）本实验需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．
（6）通过实验获得数据，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，通过导体的电流与导体的电阻成反比．

Answer 1

分析 （1）“探究电流与电压”实验，采用的研究方法是控制变量法．需要控制的物理量是电阻，变化的物理量是电压；
（2）在“探究导体的电流跟电压、电阻的关系”实验中，电压表应与电阻并联，据此分析电路，然后答题．
（3）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；
（4）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，应向左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；
（5）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3V，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；
（6）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）研究电流与电压的关系，必须保持电阻值一定．小灯泡灯丝电阻受温度影响较大，如果两端电压发生改变，不仅电流发生变化，灯丝阻值也会改变，要保持电阻不变，应该使用定值电阻，所以电路图应由1改到2；为了防止偶然性的发生，一般要进行多次测量，滑动变阻器能改变电路中的电流和电压，从而达到多次测量的目的，所以电路图应由2改到3；
（2）根据电路图连接实物图，发现电流表与R₂并联，电压表串联在电路中，显然与实验要求不符，修改如图所示：

（3）电流表的示数为零说明电路中有断路，再根据电压表的示数判断出电路故障．电压表示数为3V等于电源电压，说明电压表的两个接线柱和电源连接的部分没有断路，所以故障是电阻断路了；
（4）定值电阻由10Ω更换为15Ω后，定值电阻分压变大，大于原来的电压，为保持定值电阻两端电压不变，由电路图可知，应向左端移动滑动变阻器滑片，增大滑动变阻器接入电路的阻值，增大滑动变阻器的分压，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；
（5）电源电压为4.5V，定值电阻两端电压为3V，当接入30Ω定值电阻时，电路电流：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{30Ω}$0.1A，
此时滑动变阻器两端电压：U_滑=4.5V-3V=1.5V，此时滑动变阻器接入电路的阻值为：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{1.5V}{0.1A}$=15Ω＞5Ω，
故为完成整个实验，应该选取规格为“20Ω；1A”的滑动变阻器；
（6）由图示图象可知，I-R图象是反比例函数图象，由此可知，在电压一定时，电流与电阻成反比．
故答案为：（1）小灯泡灯丝电阻受温度影响较大；能改变电路中的电流和电压；（2）如上图所示；
（3）电阻断路；（4）左；（5）20Ω 1A；（6）电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．

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．