Question

12．如图所示是小俊同学“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”的电路图．所用实验器材是：电源（4.5V）、电流表（0～0.6A）、电压表（0～3V）、电阻箱R（0～999.9Ω）、滑动变阻器R′（50Ω2A）、开关、导线若干．
表一

实验序号	电压U/V	电流I/A
1	2.0	0.20
2	2.5	0.25
3	3.0	0.30

表二

实验序号	电阻R/Ω	电流I/A
1	10	0.30
2	20	0.15
3	30	0.10

（1）探究“电流与电压的关系”时，所测得的几组电流、电压值见表一．分析表中数据可知：当导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比关系；
（2）探究“电流与电阻的关系”时，小俊完成了表二的第1次实验后，先断开开关，将电阻箱的阻值从10Ω改成20Ω，接着闭合开关，下一步的操作应将滑片P向右（选填“左”或“右”）移动；
（3）就本实验所用器材，在探究“电流与电阻的关系”时，若保持电阻箱两端的电压为2V，为能完成实验，电阻箱可接入电路的阻值范围是3.3Ω-40.0Ω（保留一位小数）．

Answer 1

分析 （1）研究电流与电压的关系时，要控制电阻不变，由表中数据，求出电压与对应的电流之比得出结论；
（2）根据控制变量法，研究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻的电压相同，当换上大电阻时，根据分压原理确定电压表示数的变化，由串联电路电压的规律结合分压原理确定滑片移动的方向；
（3）根据串联电路电压的规律求出变阻器分得的电压，根据分压原理确定变阻器的连入电路中的电阻为定值电阻的关系：
根据电流表确定电路中的最大电流，由欧姆定律求出电路的最小电阻，从而求出定值电阻的最小值；
当变阻器最大电阻接入电路时，求出定值电阻的最大值．

解答 解：（1）研究电流与电压的关系时，要控制电阻不变，由表中数据，电压与对应的电流之比：
$\frac{U}{I}$=$\frac{2.0V}{0.20A}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=$\frac{3.0V}{0.30A}$=10Ω（定值），
故得出的结论：当导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比关系；
（2）根据串联分压原理可知，将定值电阻由10Ω改接成20Ω的电阻，电阻增大，其分得的电压增大；
探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，应保持电阻两端的电压不变，根据串联电路电压的规律可知，应增大滑动变阻器分得的电压，由分压原理，应增大滑动变阻器连入电路中的电阻，所以滑片应向右端移动，使电压表的示数保持不变；
（3）Ⅰ、因电流表量程为0-0.6A，故电路中最大电流为0.6A，由欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，电路的最小电阻：
R_总小=$\frac{U}{{I}_{大}}$=$\frac{4.5V}{0.6A}$=7.5Ω-----①，
若保持电阻箱两端的电压为2V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：
U_滑=U-U_表=4.5V-2V=2.5V，
变阻器的电压为定值电阻电压的$\frac{2.5V}{2V}$=1.25倍，根据分压原理，变阻器的连入电路中的电阻为定值电阻的1.25倍，R_滑小=1.25R_小，
根据电阻的串联，
R_总小=R_滑小+R_小=2.25R_小------②，
由①②，定值电阻的最小值：
R_小≈3.3Ω；
Ⅱ、当变阻器的最大电阻连入电路时，R_滑大=50Ω，因变阻器的连入电路中的电阻为定值电阻的1.25倍，故定值电阻的最大值为：
$\frac{1}{1.25}$×50Ω=40Ω，
即若保持电阻箱两端的电压为2V，为能完成实验，电阻箱可接入电路的阻值范围是：3.3Ω-40.0Ω．
故答案为：（1）正比；（2）右；（3）3.3Ω-40.0Ω．

点评 本题探究通过导体的电流与电压、电阻的关系，考查控制变量法以的运用和数据分析、操作过程及对实验器材的要求．