Question

12．如图所示，探究电流与电压、电阻关系的实验．
【提出问题】通过导体的电流与导体两端电压及导体电阻的大小有什么关系？
【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）小明按上图正确连接电路后，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变阻器连入电路的阻值没有调到最大值．
（2）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．
表一                                                                                      表二

电压U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8		电阻R/Ω	5	10	15
电流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28		电流 I/A	0.30	0.15	0.10

（3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；当小红将5Ω的电阻换成10Ω的电阻后，在不改变滑动变阻器滑片的情况下闭合开关，则电压表的示数变大．（选填“变大”、“变小”或“不变）移动滑动变阻器滑片，使电压表的示数为1.5V，并记下电流值；再改接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改变电阻保持定值电阻两端的电压不变．
（4）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，也得到了与表二相同的数据，也完成了实验探究．小华与小红所设计的电路相比不同之处是：电压表接在了变阻器两端．
（5）小明实验时选择的是10Ω电阻；小红实验时选择的变阻器规格是50Ω1A．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）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；
（3）根据电阻的变化判定电流的变化，根据公式U=IR判定电压表示数的变化；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；
（4）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．
（5）根据表一中的数据，结合欧姆定律即可求出电阻值；求出滑动变阻器的最大电阻以及电路中的最大电流，然后根据所求数值选择滑动变阻器的规格．

解答 解：（1）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；
（2）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；
（3）在滑动变阻器的电阻值Rp不变的情况下，电路中由于将5Ω的定值电阻换成10Ω的定值电阻，使整个电路的总电阻增大．利用公式I=$\frac{U}{R}$可知，电路中的总电流减小；根据U=IR可知，此时滑动变阻器两端的电压的减小，根据串联电路的总电压等于各分电压之和可知，定值电阻两端的电压变大，电压表示数变大；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；
（4）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．
（5）小明实验数据如表一，R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.12A}$=10Ω．
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，滑动变阻器接入电路的电阻最大是30Ω，最大电流是0.3A，所以滑动变阻器选择50Ω、1A．
故答案为：（1）变阻器连入电路的阻值没有调到最大值；（2）①；（3）变大；改变电阻；（4）电压表接在了变阻器两端；（5）10；50Ω 1 A．

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，能通过数据判断电流与电压的正比关系以及根据实验要求选择滑动变阻器的规格是比较难的问题，既要考虑需要的电阻又要考虑允许通过的电流．