Question

8．在“探究導(dǎo)體的電流跟電壓、電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，老師提供的器材有：電源（電壓恒為4.5V），小燈泡標(biāo)有“2.5V  0.3A”，電流表、電壓表和開關(guān)各一個(gè)，四個(gè)定值電阻（10Ω、15Ω、20Ω、30Ω），兩個(gè)滑動(dòng)變阻器（規(guī)格分別是“5Ω，2A”、“20Ω，1A”），導(dǎo)線若干．

（1）在“探究電流與電壓的關(guān)系”過(guò)程中，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1到圖2，改進(jìn)的理由是小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大；
由圖2到圖3，改進(jìn)的理由是能改變電路中的電流和電壓．
（2）小明根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖，連接了實(shí)物圖如甲，實(shí)驗(yàn)時(shí)老師指出有一根導(dǎo)線連接錯(cuò)了，請(qǐng)你幫助小明在需要改動(dòng)的導(dǎo)線上打“×”，并在圖上改正．

（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，閉合開關(guān)后，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)生的故障可能是電阻斷路．
（4）在研究“導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接入10Ω電阻，移動(dòng)滑片P，使電壓表示數(shù)為3V，并記錄相應(yīng)的電流值；再改接l5Ω的電阻，此時(shí)滑片P應(yīng)向左（選填“左”或“右”）端移動(dòng)．
（5）本實(shí)驗(yàn)需先后接入上述四個(gè)定值電阻，為完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取規(guī)格為20Ω 1A的滑動(dòng)變阻器．
（6）通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，得到如圖乙所示導(dǎo)體的電流I隨電阻R變化的圖象，由圖象可得出結(jié)論：電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．

Answer 1

分析 （1）“探究電流與電壓”實(shí)驗(yàn)，采用的研究方法是控制變量法．需要控制的物理量是電阻，變化的物理量是電壓；
（2）在“探究導(dǎo)體的電流跟電壓、電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)與電阻并聯(lián)，據(jù)此分析電路，然后答題．
（3）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；
（4）當(dāng)將電阻由10Ω更換為15Ω后，定值電阻阻值變大，定值電阻分壓變大，滑動(dòng)變阻器分壓變小，為保證電阻兩端電壓不變，應(yīng)向左端移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變大，使定值電阻兩端電壓保持3V不變；
（5）滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，滑動(dòng)變阻器的最大分壓太小，定值電阻不能達(dá)到3V，為使實(shí)驗(yàn)?zāi)苷�常進(jìn)行，可以更換最大阻值大的滑動(dòng)變阻器或使定值電阻兩端電壓變大；
（6）用控制變量法進(jìn)行分析，即電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與電阻成正比．

解答 解：（1）研究電流與電壓的關(guān)系，必須保持電阻值一定．小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大，如果兩端電壓發(fā)生改變，不僅電流發(fā)生變化，燈絲阻值也會(huì)改變，要保持電阻不變，應(yīng)該使用定值電阻，所以電路圖應(yīng)由1改到2；為了防止偶然性的發(fā)生，一般要進(jìn)行多次測(cè)量，滑動(dòng)變阻器能改變電路中的電流和電壓，從而達(dá)到多次測(cè)量的目的，所以電路圖應(yīng)由2改到3；
（2）根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，發(fā)現(xiàn)電流表與R₂并聯(lián)，電壓表串聯(lián)在電路中，顯然與實(shí)驗(yàn)要求不符，修改如圖所示：

（3）電流表的示數(shù)為零說(shuō)明電路中有斷路，再根據(jù)電壓表的示數(shù)判斷出電路故障．電壓表示數(shù)為3V等于電源電壓，說(shuō)明電壓表的兩個(gè)接線柱和電源連接的部分沒(méi)有斷路，所以故障是電阻斷路了；
（4）定值電阻由10Ω更換為15Ω后，定值電阻分壓變大，大于原來(lái)的電壓，為保持定值電阻兩端電壓不變，由電路圖可知，應(yīng)向左端移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，增大滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，增大滑動(dòng)變阻器的分壓，使定值電阻兩端電壓減小到原來(lái)的3V，保持定值電阻兩端電壓一定；
（5）電源電壓為4.5V，定值電阻兩端電壓為3V，當(dāng)接入30Ω定值電阻時(shí)，電路電流：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{30Ω}$0.1A，
此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓：U_滑=4.5V-3V=1.5V，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{1.5V}{0.1A}$=15Ω＞5Ω，
故為完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取規(guī)格為“20Ω；1A”的滑動(dòng)變阻器；
（6）由圖示圖象可知，I-R圖象是反比例函數(shù)圖象，由此可知，在電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比．
故答案為：（1）小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大；能改變電路中的電流和電壓；（2）如上圖所示；
（3）電阻斷路；（4）左；（5）20Ω 1A；（6）電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接電路圖、滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)、實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)等問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了控制變量法，解題時(shí)注意該方法的應(yīng)用．