Question

4．同学们在回忆探究电流与电阻的关系的实验中．实验电路如图1所示：其中电源为三节新的干电池，三个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω），滑动变阻器（20Ω1A）．
（1）小明按图正确连接电路后，先将5Ω和10Ω的电阻分别连入电路中，闭合开关，移动滑片，使与电阻并联的电压表的示数均为1.5V，并记下对应的电流值； 但当他把15Ω的电阻连入电路替换掉10Ω的电阻后，无论如何调节滑片也无法得到对应的电流值，请你帮他想出两种解决这个问题的办法
①适当降低电源电压（电源用两节电池串联）②在电压表量程内适当提高电压表监控的电压
（2）而小聪组在做该实验时，由于粗心把测得的数据记在了如图2的一张纸上，请你帮他们设计一个数据记录表格、将数据填入表格并写出分析处理数据得出正确的结论的过程．

Answer 1

分析 （1）根据串联电路的电压、电流规律结合欧姆定律计算出电阻为15Ω时滑动变阻器的阻值，与滑动变阻器的最大阻值比较得出此现象的原因和解决的方法．
（2）根据实验测量的数据与实验目的设计实验数据记录表格；分析表表中实验数据，然后得出结论．

解答 解：（1）当改用15Ω的电阻时，电路中的电流：
I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{1.5V}{15Ω}$=0.1A，
滑动变阻器的阻值为：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{R}}{I}$=$\frac{4.5V-1.5V}{0.1A}$=30Ω，
滑动变阻器选用“20Ω 1A”时，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，都无法使电压表的示数达到实验要求的值，可以采取以下方法中任意一种即可：
①适当降低电源电压（电源用两节电池串联）；
②在电压表量程内适当提高电压表监控的电压；
③换最大阻值不低于30Ω的滑动变阻器．
（2）实验需要记录电阻、电流，实验数据记录表格如下表所示：

电阻R/Ω	5	10	15
电流I/A	0.30	0.15	0.10

观察数据可知：$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}=\frac{0.3A}{0.15A}=\frac{2}{1}$，$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}=\frac{5}{10}=\frac{1}{2}$，
所以$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}$=$\frac{{R}_{2}}{{R}_{1}}$；
$\frac{{I}_{2}}{{I}_{3}}$=$\frac{0.15A}{0.10A}$=$\frac{3}{2}$，$\frac{{R}_{2}}{{R}_{3}}$=$\frac{10A}{15A}$=$\frac{2}{3}$，
所以$\frac{{I}_{2}}{{I}_{3}}$=$\frac{{R}_{3}}{{R}_{2}}$；
同理$\frac{{I}_{1}}{{I}_{3}}$=$\frac{{R}_{3}}{{R}_{1}}$；
由以上数据分析可以得出结论：导体两端的电压不变时，导体中的电流与导体的电阻成反比．
故答案为：
（1）适当降低电源电压（电源用两节电池串联）；
在电压表量程内适当提高电压表监控的电压（或换最大阻值不低于30Ω的滑动变阻器）；
（2）实验需要记录电阻、电流，实验数据记录表格如下表所示：

电阻R/Ω	5	10	15
电流I/A	0.30	0.15	0.10

观察数据可知：$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}=\frac{0.3A}{0.15A}=\frac{2}{1}$，$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}=\frac{5}{10}=\frac{1}{2}$，
所以$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}$=$\frac{{R}_{2}}{{R}_{1}}$；
$\frac{{I}_{2}}{{I}_{3}}$=$\frac{0.15A}{0.10A}$=$\frac{3}{2}$，$\frac{{R}_{2}}{{R}_{3}}$=$\frac{10A}{15A}$=$\frac{2}{3}$，
所以$\frac{{I}_{2}}{{I}_{3}}$=$\frac{{R}_{3}}{{R}_{2}}$；
同理$\frac{{I}_{1}}{{I}_{3}}$=$\frac{{R}_{3}}{{R}_{1}}$；
结论：导体两端的电压不变时，导体中的电流与导体的电阻成反比．

点评 本题考查了实验操作分析、实验现象的判断和分析图象得出实验结论，实验现象的判断是本题的难点，要根据串联电路的分压原理认真分析方可解决．