Question

20．小明同学用如图甲所示的电路探究“通过导体的电流与电压和电阻的关系”．保持电源电压和电阻箱R₁的阻值不变，移动滑动变阻器R₂的滑片P，测得的电流、电压如表1所示；然后他不再移动滑动变阻器R₂的滑片P，仅改变电阻箱R₁的阻值，测得相应的电流值，如表2所示．
表1

次数	U1/V	I/A
1	1.0	0.20
2	1.5	0.30
3	2.0	0.40

表2

次数	R1/Ω	I/A
1	3.0	0.50
2	6.0	0.33
3	9.0	0.25

（1）请按图甲的电路图连接好图乙的实物图．
（2）分析表1中的数据可得出的结论是电阻一定时，电流与电压成正比．
（3）表1中的第一次实验完成后要想得到第2次实验数据，应将图甲中的滑片向左（选填“左”或“右”）移动．
（4）实验过程中，若电阻箱断路，电压表有（选填“有”或“无”）示数．
（5）分析表2中的数据发现电流与电阻不成反比，原因可能是没有控制定值电阻两端的电压不变．
（6）在探究电流与电阻关系时，用电阻箱代替定值电阻做实验的好处是不需要多次改接电路，缺点是要使电阻箱接入的电阻成倍变化时，调节旋钮比较麻烦．

Answer 1

分析 （1）根据电路图连接实物图，可采用“电流流向法”，从电源的正极出发，按照电流的流向，先串主电路，再将电压表并在待测电阻的两端；连接滑动变阻器时，要用“一上一下”的原则．
（2）对表1中的数据进行分析可得出的结论；
（3）根据题意和表1可知，R₁的阻值不变，从第1次实验到第2次实验，电流增大，根据欧姆定律可知，电路总电阻应减小，故变阻器接入电路的阻值应减小，需将滑动变阻器滑片向左移动；
（4）若电阻箱断路，则电压表的两接线柱与电源两极相连，有电流通过电压表，故电压表有示数；
（5）探究电流跟电阻的关系时，采用控制变量法，应保持定值电阻两端的电压一定；根据表2数据计算电阻两端的电压，看有没有保持定值电阻两端的电压一定；
（6）用电阻箱代替定值电阻做实验的好处是不需要多次改接电路；其缺点是：要使电阻箱接入的电阻成倍变化时，调节旋钮比较麻烦．

解答 解：（1）由表格数据可知，电流均小于0.6A，故电流表应选用0～0.6A量程；电压值小于3V，故电压表应选用0～3V量程；根据电路图连接实物图时，可采用“电流流向法”，从电源的正极出发，按照电流的流向，先串主电路，再将电压表并在电阻箱的两端；连接滑动变阻器时，要用“一上一下”的接法；同时要注意电表的正负接线柱不要接反了．连接的实物图如下图所示：

（2）分析表1中的数据可以看出，导体中的电流随电压的增大而增大，并且成倍数的增大，故得出的结论是：电阻一定时，电流与电压成正比．
（3）根据题意和表1数据可知，R₁的阻值不变，从第1次实验到第2次实验，电流增大，根据欧姆定律可知，电路总电阻应减小，故滑动变阻器接入电路的阻值应减小，需将滑动变阻器滑片向左移动；
（4）若电阻箱断路，则电压表的两接线柱与电源两极相连，有电流通过电压表，故电压表有示数；
（5）由表2可知，当R₁=3Ω时，I=0.5A，则定值电阻两端的电压U₁=IR₁=0.5A×3Ω=1.5V；
当R₁′=6Ω时，I′=0.33A，则定值电阻两端的电压U₁′=I′R₁′=0.33A×6Ω=1.98V；
显然定值电阻两端的电压发生了变化，而本实验需要控制定值电阻两端的电压不变，故实验中存在的问题是没有控制定值电阻两端的电压不变；
（6）在探究电流与电阻关系时，需要多次更换不同阻值的定值电阻做实验，需要多次改接电路，用电阻箱代替定值电阻做实验时，不需要多次改接电路，这是它的好处；而缺点是：要使电阻箱接入的电阻成倍变化时，调节旋钮比较麻烦．
故答案为：
（1）如上图所示；（2）电阻一定时，电流与电压成正比；（3）左；（4）有；
（5）没有控制定值电阻两端的电压不变；
（6）不需要多次改接电路；要使电阻箱接入的电阻成倍变化时，调节旋钮比较麻烦．

点评 本题是探究“通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验，主要考查了学生根据实验数据归纳得出结论的能力，解决本题的关键是利用控制变量法分析变量和不变量．