题目内容

15．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）实验小组经过相互讨论，完成了该实验方案的三次设计．由甲图到乙图，改进的理由是小灯泡灯丝电阻受温度影响较大；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电阻R断路．
（3）故障排除重新连接后，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0.3A，电压表的示数为3V．
（4）多次调解滑动变阻器，测出通过电阻R的电流和对应的电压值，如表所示，分析数据可以得到结论：在电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比．
电压U/V1.52.02.53.0
电流I/A0.150.200.250.30
（5）小明最后用图丙电路“探究电流与电阻的关系”，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定值电阻各一个，其中30Ω定值电阻不能接入电路．

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）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）根据欧姆定律进行分析解答；
（4）分析表格中数据，得出电流和电压的正比例关系；
（5）根据串联分压特点进行分析解答．

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；
（2）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；
（3）若电流表满刻度，则电路总电阻为R总=$\frac{U}{I}$=$\frac{4.5V}{0.6A}$=7.5Ω＜10Ω，故电流表满刻度不可能，应是电压表满刻度，由于电源电压为4.5V，故电压表示数为3V；此时电流表的示数为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A；
（4）分析表中数据可知，电阻R一定，R两端的电压U变为原来的几倍，电流I也随之变为原来的几倍，故可得出结论：在电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比；
（5）电阻两端的电压U=IR=0.15A×10Ω=1.5V，则滑动变阻器两端的电压为4.5V-1.5V=3V，根据串联分压特点可知，$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，则$\frac{1.5V}{3V}$=$\frac{{R}_{1}}{50Ω}$，解得：R1=25Ω，故30Ω定值电阻不能接入电路．
故答案为：（1）小灯泡灯丝电阻受温度影响较大；（2）电阻R断路；（3）0.3A；3V；（4）在电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比；（5）30Ω．

点评 探究电流跟电阻关系的实验中，为了保持电阻两端的电压不变，根据串联电路的特点和欧姆定律得出定值电阻R与滑动变阻器连入电路的电阻阻值关系．

练习册系列答案
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8．如图所示，闭合开关后螺线管的下端是N极，将滑动变阻器滑片向左移动过程中可以看到，测力计示数变大．
6．请完成下列关于用电压表和电流表测电阻的实验的若干问题：
（1）该实验原理是R=$\frac{U}{I}$．实验中要测量的物理量是电压和电流．
（2）请你在图1虚线框内画出该实验的电路图，并标出电表的正负接线柱．
（3）根据操作规范，在连接电路时滑动变阻器的滑片要移至接入电路电阻最大的位置上．
（4）若所用的滑动变阻器铭牌上标有“20Ω 2A”的字样，则“20Ω”表示滑动变阻器的最大电阻是20Ω，“2A”表示滑动变阻器允许通过的最大电流为2A．
在实验中过程中，使用滑动变阻器的主要目的是：多次测量求平均值，减小误差．
（5）某同学实验操作正确，并对电压表（量程：0-3V）和电流表（量程：0-0.6A）进行了正确读数和记录，但在忙乱中，只是将数据记录在图2小纸条上，请帮助这位同学将数据填写在表格中在恰当的位置，并进行相关计算，将表格填写完整（计算结果保留1位小数）．
实验次数电压（伏）电流（安）Rx电阻值（欧）电阻平均值Rx（欧）
1
2
3
3．某同学在探究“电流与电阻的关系”时，进行了如下实验：
实验中，该同学先将5欧姆的电阻R连接入图A所示的电路．然后再分别用10欧姆和20欧姆的电阻替换5欧姆电阻，重复上述实验操作．

（1）实验过程中滑动变阻器除了保护电路外，还具有的作用是控制定值电阻的电压不变．
（2）该同学通过实验，得到的数据如表所示．根据表中的实验数据得出的结论是：在电压不变时，通过导体的电流与电阻与反比．
实验次数电阻R（欧）电流I（安）
150.48
2100.24
3200.12
（3）该同学换用另一只电阻进行了第4次实验，刚一闭合开关，发现电压表出现如图B所示的现象，你认为产生该现象的原因是闭合开关前，没有将滑动变阻器的最大阻值连入电路中．
10．某物理兴趣小组的同学完成了下面的实验，电源电压保持不变：

（1）如图甲所示，小王在探究“电流和电阻的关系”的实验中，定值电阻R1由10Ω换成5Ω时，接下来滑动变阻器的滑片应左（选填“左”“右”）调节．
（2）小王做完实验后，把定值电阻换成小灯泡，又完成了“测量额定电压是3.8V小灯泡电功率”的实验．如图乙所示，正确连接电路，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，并将正确操作下的电压表和电流表的示数填入下表：
电压表的示数U/V电流表的示数I/A小电灯的功率P/W
2.00.200.40
2.50.220.55
3.00.250.75
3.80.301.14
4.50.32 
①通过上表数据，可算得该小灯泡在电压为4.5V时的实际功率为1.44W．
②若将两个这样的相同规格的小灯泡串联后直接接在6V电源的两端，两灯消耗的总功率为1.5W．（灯丝电阻随温度升高而增大）
20．密度知识与生活联系非常紧密，下列关于密度的一些说法中正确的是（　　）
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5．用笔画线，将图中的器材连成电路．（要求：两灯并联，开关控制两盏灯）

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