Question

15．寶寶和明明同學在實驗室進行小級實驗，探究“導體的電流與電阻的關系”．
【器材】電源（電壓恒為3V），電流表、電壓表各一只，開關一個，三個定值電阻（5Ω、10Ω、20Ω），兩個滑動變阻器（甲：10Ω 2A 乙：20Ω 1A），導線若干．
【設計實驗與制訂計劃】
（1）同學們完成了實驗方案的三個設計．由圖甲到圖乙，改進的理由是保持被測電阻不變；由圖乙到圖丙，改進的理由是改變電壓，多次測量．
（2）實驗中兩位同學商定電壓表的示數(shù)保持2V不變，連接的實物電路如圖所示，請你為他們選定一個合適的滑動變阻器：乙（填“甲”或“乙”）．
【進行實驗與收集證據(jù)】
（1）請你用筆畫線代替導線把滑動變阻器正確接入電路中．
（2）寶寶同學選用5Ω的電阻完成了實驗，記錄相關數(shù)據(jù)后斷開開關．明明同學選用10Ω的電阻重新組裝電路后，滑動變阻器的滑片沒動的情況下，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)大于（填“大于”“小于”或“等于”）2V，此時他應該移動滑動變阻器的滑片，以達到實驗要求，并讀數(shù)相關數(shù)據(jù)，完成實驗．

Answer 1

分析 【設計實驗與制訂計劃】
（1）研究“電流與電壓的關系”實驗中，要控制電阻不變，小燈泡的電阻隨溫度的變化而變化；在實驗過程中，為了避免實驗結論的偶然性，要多做幾次實驗；
（2）探究電流與電阻的關系時，定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點求出滑動變阻器兩端電壓，根據(jù)歐姆定律可知電阻越大電流越小，求出接入不同電阻時的最小電流，再根據(jù)歐姆定律的變形公式求出滑動變阻器接入電路的最大阻值．
【進行實驗與收集證據(jù)】
（1）滑動變阻器應該串聯(lián)在電路中，且接法是一上一下；
（2）先分析電路中總電阻的變化，再分析電路中電流的改變以及滑動變阻器兩端電壓的變化，然后根據(jù)串聯(lián)電路的特點確定電壓表示數(shù)的變化；

解答 解：【設計實驗與制訂計劃】
（1）圖甲中使用的是小燈泡，它的電阻隨溫度的變化而變化；而本實驗中要控制電阻不變，所以應該換成一個定值電阻來做實驗，保持電阻不變；
圖丙比圖乙增加了滑動變阻器，能夠改變電阻兩端的電壓，多測幾組數(shù)據(jù)，避免實驗結論的偶然性；
（2）由歐姆定律的可知，電壓一定時，電阻越大，電流越小，因此當接入電路中的電阻為20Ω時，電路中的電流是：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，此時滑動變阻器接入電路的阻值最大；
為了保持定值電阻兩端電壓為2V不變，滑動變阻器兩端電壓為：3V-2V=1V；故滑動變阻器有效電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω．只有此時中滑動變阻器的最大阻值大于10Ω，故選乙；
【進行實驗與收集證據(jù)】
（1）滑動變阻器應該串聯(lián)在電路中，且接法是一上一下；如下圖：

（2）滑動變阻器的滑片位置不變，當用10Ω的定值電阻代替5Ω的定值電阻時，電路中的總電阻變大，
據(jù)I=$\frac{U}{R}$，所以電路中的電流變小，滑動變阻器兩端的電壓變小，
據(jù)串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
故定值電阻兩端的電壓變大，即電壓表的示數(shù)大于2V，
據(jù)串聯(lián)電路中電阻越大分得的電壓越大，
所以為使兩端的電壓保持2V不變，應減小滑動變阻器接入電路中的電阻．
故答案為：【設計實驗與制訂計劃】（1）保持被測電阻不變；改變電壓，多次測量；（2）乙；【進行實驗與收集證據(jù)】
（1）見上圖；（2）大于；移動滑動變阻器的滑片．

點評 此題主要考查的是學生對控制變量法、實驗注意事項和串聯(lián)分壓特點的理解和掌握，根據(jù)串聯(lián)時分壓關系知道當一個電阻阻值減小時，其兩端的電壓也減小是本題關鍵．