Question

3．在“探究通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验中，有如下器材：电压表、电流表、滑动变阻器、开关、两节干电池、定值电阻R（分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω），导线若干．小明在实验时连接的电路如图1所示．

（1）在探究“电流与电压的关系”实验中：
①闭合开关前，要将滑动变阻器滑片移至A（填“A”或“B”）端；电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和改变电阻R两端电压，进行多次测量的作用；
②闭合开关S，无论如何移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数几乎为零，电压表示数约为3V，此时，电路出现的故障可能是R处断路；小明排除故障后继续实验．
（2）在探究“电流与电阻的关系”实验中：
①电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和保持电阻R两端电压不变的作用；
②小明先将R﹦10Ω的电阻接入，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数；接着在滑动变阻器的滑片位置不变，把R换为15Ω的电阻时，应向A（填“A”或“B”）方向移动滑动变阻器的滑片P，才能使电压表示数为2.5V，同时记下电流表的示数；
③若要使所给的5个定值电阻分别接入电路中都能正常进行实验，应该选取至少标有5Ω的滑动变阻器；
④根据多次测量数据描绘出电流随电阻变化的曲线如图2所示，小明由图象得出的结论是：在电压一定时，电流与电阻成反比．

Answer 1

分析 （1）连接过程中，开关应断开，闭合开关前，应将滑片移至最大阻值处；
若电流表几乎无示数，电压表示数等于电源电压，则可能是因为与电压表并联的电路断路造成；
（2）探究电流与电阻的关系时，需利用滑动变阻器保持电阻两端电压不变；分析图示图象得出结论．

解答 解：（1）在探究“电流与电压的关系”实验中：
①闭合开关前，要将滑动变阻器滑片移至A端；电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和改变电阻两端电压，进行多次测量的作用；
②闭合开关S，无论如何移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数几乎为零，电压表示数约为3V，此时，电路出现的故障可能是 R处断路；
（2）在探究“电流与电阻的关系”实验中：
①电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和控制电阻R两端电压不变的作用；
②小明先将R﹦10Ω的电阻接入，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数；接着在滑动变阻器的滑片位置不变，把R换为15Ω的电阻时，应向A方向移动滑动变阻器的滑片P，才能使电压表示数为2.5V，同时记下电流表的示数；
③由图示电路图可知，电源电压为1.5V×2=3V，由图示图象可知，电阻两端电压为U=0.5A×5Ω=2.5V，滑动变阻器两端电压为：U_滑=U-U_R=3V-2.5V=0.5V，由串联电路电流I处处相等，定值电阻与滑动变阻器接入电路的阻值之比：
$\frac{R}{{R}_{滑}}$=$\frac{\frac{{U}_{R}}{I}}{\frac{{U}_{滑}}{I}}$=$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$=$\frac{2.5V}{0.5V}$=$\frac{5}{1}$，
则R_滑=$\frac{1}{5}$R，即：定值电阻阻值是滑动变阻器接入电路阻值的5倍，
使所给的5个定值电阻“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω”分别接入电路中都能正常进行实验，当定值电阻为25Ω时，滑动变阻器接入电路的阻值最大，为：R_滑最大=$\frac{1}{5}$R=$\frac{1}{5}$×25Ω=5Ω，若要使所给的5个定值电阻分别接入电路中都能正常进行实验，滑动变阻器最大阻值至少为5Ω，则应该选取至少标有5Ω的滑动变阻器；
④根据多次测量数据描绘出电流随电阻变化的曲线如图2所示，小明由图象得出的结论是：电压一定时，电流与电阻成反比．
故答案为（1）①A；改变电阻R两端电压，进行多次测量；②R处断路；
（2）①保持电阻R两端电压不变；②A；③5；④在电压一定时，电流与电阻成反比．

点评 本题考查了实验分析，探究电流与电压、电阻关系实验，要采用控制变量法，应用控制变量法分析即可正确解题．