Question

16．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和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．小明操作中的错误可能是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，小红多次移动滑动变阻器滑片的目的是保持定值电阻两端的电压不变．小红实验时选择的滑动变阻器规格是50Ω1A．

Answer 1

分析 （1）根据电流流向法，先画出电源的符号，从电源的负极依次画出串联的电路原件回到负极，然后把电压表并联在电阻的两端；
（2）闭合开关，发现电流表有示数，电压表指针超过量程说明滑动变阻器接入电路的电阻过小；
（3）分析表格中的数据结合控制变量法即可判断那个猜想正确，然后欧姆定律结合表格中任意一组数据求出定值电阻的阻值；
（4）探究电流与电阻之间的关系时应控制电阻两端的电压不变，改变定值电阻的阻值时应调节滑动变阻器使电压表的示数保持不变；根据串联电路电压的规律和分压原理确定变阻器的最大阻值至少为多少，从而确定变阻器的规格．

解答 解：
（1）先画出电源的符号，然后根据流向法，从电源的再次出发依次画出开关、电流表、定值电阻、滑动变阻器回到负极，然后把电压表并联在定值电阻的两端，如下图所示：

（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，电流变化的倍数与电压变化的倍数相等，
故可得结论：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；
探究电流与电压之间的关系时，应控制定值电阻的阻值不变，
由表格数据可知，当U=1.2V，I=0.12A，故R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.12A}$=10Ω；
（4）探究电流与电阻之间的关系时应控制电阻两端的电压不变，通过调节滑动变阻器使电压表的示数不变．
根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压U滑=4.5V-1.5V=3V，变阻器的电压是定值电阻电压的$\frac{3V}{1.5V}$=2倍，根据分压原理，变阻器连入电路 中的阻值为定值电阻的2倍，即滑动变阻器的最大阻值至少为2×15Ω=30Ω＞20Ω；又因实验中电路 中的最大电流为0.30A，所以应选用50Ω1A的滑动变阻器．
故答案为：（1）如上图所示；（2）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；50Ω1A．

点评 本题考查了根据实物图画电路图、对实验数据的处理能力、电路现象的判断、滑动变阻器的使用，关键是能结合控制变量法分析实验数据判断猜想是否正确和判断滑动变阻器的作用．