Question

7．探究电流与电压、电阻的关系．
[猜想]
①导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压成正比．
②导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压的平方成正比．
③导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．
[实验器材]
电源（电压恒为4.5V），电流表、电压表各一只，开关一个，三个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω），两只滑动变阻器（20Ω，2A、50Ω，1A），导线若干．
[实验过程]
（1）据如图所示实物图在虚线框内画出电路图．

（2）小明正确连接电路后，闭合开关，发现电流表有示数，电压表指针超过量程．小明操作中的错误是闭合开关前，变阻器连入电路的阻值没有调到最大值．
（3）小明改正错误后继续实验，通过改变定值电阻R两端的电压，测得电流、电压的值如表一，分析数据可得出猜想①是正确的（填序号），小明实验时选择的电阻是10Ω．
表一

电压U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8
电流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28

表二

电阻R/Ω	5	10	15
电流I/A	0.30	0.15	0.10

（4）小红在探究猜想③时，先将5Ω的电阻连入电路中，闭合开关，移动滑片，使与电阻并联的电压表的示数为1.5V，并记下电流值；再分别改接10Ω、15Ω的电阻，重复上述实验，得到了表二中的实验数据．分析数据得出，猜想③是正确的．实验中，小红多次移动变阻器滑片的目的是保持定值电阻两端的电压不变．
（5）小华在探究猜想③时，重新设计了电路，保持电压表的示数为3V，得到了与表二相同的数据，也完成了实验探究．小华与小红的实验相比不同之处是：电压表接在了滑动变阻器两端．
（6）小红实验时选择的变阻器规格是50Ω 1A．

Answer 1

分析 （1）由实物图画电路图的方法：从电源的正极开始，顺着电流的路径，依次电流表、定值电阻、滑动变阻器，到电源的负极．最后把电压表并列连接在定值电阻两端．
（2）电压表指针超过量程，说明定值电阻的电压太大，滑动变阻器的电压太小，滑动变阻器连入的电阻太小，也就是闭合开关之前，滑片没有处于最大阻值处．
（3）当电压和电流的比值一定时，两者成正比，当电压和电流的乘积一定时，两者成反比．
（4）探究电流跟电阻的关系时，采用控制变量法，改变电阻大小，通过移动滑动变阻器的滑片，保持电压一定，记录电流大小，研究电流跟电阻的关系．
（5）定值电阻两端的电压和滑动变阻器两端的电压之和等于电源电压，当小华在探究猜想③时，重新设计了电路，保持电压表的示数为3V，得到了与表二相同的数据，说明定值电阻两端的电压还是1.5V不变，则滑动变阻器两端的电压是3V，电压表测量的是滑动变阻器两端的电压．
（6）根据串联分压特点进行分析解答．

解答 解：（1）由实物图可知，定值电阻和滑动变阻器是串联的，电压表测的是定值电阻两端的电压，电流表测的是通过整个电路的电流，电路图如图所示：

（2）小明在闭合开关前，变阻器连入电路的阻值没有调到最大值，才导致了电压表指针超过量程；
（3）由表格数据可知，当导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压成正比，猜想①是正确的；该实验中选择的电阻为R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.12A}$=10Ω．
（4）研究电流跟电阻关系时，要保持电压不变，如果将5Ω的电阻换成10Ω的电阻后，电路中的电阻变大，电流变小，因此滑动变阻器分压减小，所以电压表的示数会变大，应通过移动变阻器滑片使定值电阻两端的电压不变，故小红多次移动变阻器滑片的目的是保持定值电阻两端的电压不变．
（5）滑动变阻器两端的电压和定值电阻两端的电压之和等于电源电压，小华和小红记录的数据相同，说明定值电阻两端的电压都是1.5V，电源电压是4.5V，则滑动变阻器两端的电压是3V，电压表测量的是滑动变阻器两端的电压．
（6）在电阻由5Ω→10Ω→15Ω时，滑动变阻器和定值电阻是串联的，电流相等，电源电压是4.5V，定值电阻的电压是1.5V，则滑动变阻器两端的电压是3V，根据串联分压特点可知，滑动变阻器接入电路的电阻最大是30Ω，所以滑动变阻器选择50Ω 1A．
故答案为：（1）如上图；（2）闭合开关前，变阻器连入电路的阻值没有调到最大值；（3）①；10；（4）保持定值电阻两端的电压不变；（5）电压表接在了滑动变阻器两端；（6）50Ω 1A．

点评 本题考查了：由实物图画电路图；对实验数据的处理能力，能通过数据判断电流与电压的正比关系；根据实验要求选择滑动变阻器的规格是比较难的问题．