Question

10．在“探究電流與電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，提供的器材有：電源（電壓4.5V且不變），小燈泡（標(biāo)有“2.5V  0.3A”），定值電阻R （阻值為10Ω），滑動(dòng)變阻器R₀（標(biāo)有“50Ω?1A”），學(xué)生用雙量程電流表和電壓表，導(dǎo)線若干：

（1）某實(shí)驗(yàn)小組經(jīng)過(guò)相互討論，完成了該實(shí)驗(yàn)方案的三次設(shè)計(jì)．由圖甲到圖乙，改進(jìn)的理由是使電阻保持不變；接著小組再優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，由圖乙到圖丙．
（2）如圖丙，實(shí)驗(yàn)中，如果出現(xiàn)了電流表示數(shù)為0，電壓表示數(shù)接近4.5V，電路發(fā)生的故障可能是R斷路．
（3）故障排除后，接著在圖丙所示的電路中，閉合開(kāi)關(guān)S，移動(dòng)變阻器滑片 P 到某位置時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩電表中某一個(gè)表的指針達(dá)到滿刻度，如圖 （丁）或（戊）所示．此時(shí)電流表的示數(shù)為0.58A，電壓表的示數(shù)為3.0V．
（4）多次調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，測(cè)出通過(guò)電阻R的電流和對(duì)應(yīng)的電壓值，如表所示，分析數(shù)據(jù)得到結(jié)論：電阻不變，電流與電壓成正比．

U/V	1.5	2.0	2.5	3.0
I/A	0.15	0.20	0.25	0.30

（5）最后用圖丙電路“探究電流與電阻關(guān)系”，當(dāng)定值電阻為10Ω時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)為0.15A，接著為了測(cè)量更多組數(shù)據(jù)，又提供了15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、35Ω定值電阻各一個(gè)，其中30Ω和35Ω定值電阻不能使用．

Answer 1

分析 探究電流與電壓、電阻的關(guān)系，需采用控制變量法．
（1）探究電流與電壓的關(guān)系，需控制電阻不變，改變電阻兩端的電壓，從而改變電路中的電流；
（2）電流表示數(shù)為0，說(shuō)明電路中有斷路，電壓表示數(shù)接近4.5V，說(shuō)明電壓表和電源連接的部分電路無(wú)斷路；
（3）分別使電流表、電壓表滿偏，利用歐姆定律求出電壓表、電壓表的讀數(shù)，選出合適的答案；
（4）探究電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)，要用到控制變量法，把握表中數(shù)據(jù)的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)是得出結(jié)論的關(guān)鍵點(diǎn)；
（5）探究探究電流與電阻關(guān)系，要控制電壓不變，從這一點(diǎn)入手，問(wèn)題就可以迎刃而解．

解答 解：
（1）探究電流和電壓的關(guān)系，需保持電阻不變，改變導(dǎo)體兩端的電壓，從甲圖到乙圖由燈泡換成了定值電阻，是為了使電阻保持不變；
（2）電路中出現(xiàn)電流表的示數(shù)為零，說(shuō)明在電路中出現(xiàn)了斷路，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓4.5V，說(shuō)明電壓表和電源連接的部分電路無(wú)斷路，只能是電阻R處出現(xiàn)了斷路；
（3）電壓表選的是0～3V量程，一大格表示1V，分度值為0.1V，滿偏讀數(shù)3.0V；電流表的示數(shù)I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A；若電流表選的是0～0.6A量程，滿偏讀數(shù)0.6A；電壓表的示數(shù)U=IR=0.6A×10Ω=6V，不合適；
（4）在表中：導(dǎo)體的電阻一定，導(dǎo)體兩端的電壓從1.5V到2.0到2.5V再到3.0V，相對(duì)應(yīng)的，導(dǎo)體中的電流從0.15A到0.20到0.25A再到0.30A．電壓增加幾倍，電流也增加幾倍，故得結(jié)論：在電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比；
（5）當(dāng)定值電阻為10Ω時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)為0.15A，可以求出定值電阻兩端電壓是U=IR=10Ω×0.15A=1.5V．由于探究電流與電阻關(guān)系，所以要保證滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為3.0V，這樣可保證R兩端電壓1.5V，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入最大阻值時(shí)，電路中的電流最小為：I_最小=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{3.0V}{50Ω}$=0.06A，則允許接入的定值電阻的最大值為R_最大=$\frac{U}{{I}_{最小}}$=$\frac{1.5V}{0.06A}$=25Ω小于30Ω、35Ω，因此這兩個(gè)定值電阻不能使用．
故答案為：
（1）使電阻保持不變；
（2）R斷路；
（3）0.3A；3.0V；
（4）電阻不變，電流與電壓成正比；
（5）30Ω和35Ω．

點(diǎn)評(píng) 導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻及導(dǎo)體兩端的電壓有關(guān)，在探究過(guò)程中要注意控制變量法的應(yīng)用，滑動(dòng)變阻器在電路中的作用很重要，當(dāng)探究電流和電阻的關(guān)系時(shí)，其作用是保持電阻兩端的電壓不變；當(dāng)探究電流和電壓的關(guān)系時(shí)，其作用是改變導(dǎo)體兩端的電壓．