Question

13．小强同学做探究电流跟电压、电阻关系的实验．
（1）请你帮他设计实验电路图，并画在方框中．
（2）利用此实验电路，还可以测量导体的电阻．请你说出在测导体电阻的实验中，滑动变阻器的作用（写出一条即可）：①保护电路元件；②通过调节滑动变阻器可改变电路中的电流，从而达到多次测量取平均值减小实验误差的作用．．
（3）当小强探究电流跟电阻的关系时，多次更换电阻，通过移动滑动变阻器的滑片达到实验条件，观察电流表的示数由0.2A变成如图所示电流表的示数．此过程中先后两次调节滑动变阻器，使电阻两端的电压不变．
（4）小强将探究电流跟电阻关系的实验数据填入表中，请你分析表中数据，得到的结论是当导体两端电压一定时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比．

R/Ω	10	15	20	30	50	60
U/V	6	6	6	6	6	6
I/A	0.6	0.4	0.3	0.2	0.12	0.1

（5）他想利用这些器材，依据此实验电路，测定“220V　50W”的白炽灯泡的电阻值（设灯泡灯丝电阻不变）．已知小强使用的电源两端电压为12V，滑动变阻器标有“10Ω?2A”，但在测量过程中，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，两电表的示数均变化很小．经过检查，电表及各元件完好，电路连接无误．则电压表的示数变化很小的原因是白炽灯泡的电阻远大于滑动变阻器的电阻（或滑动变阻器的电阻远小于白炽灯泡的电阻）．

Answer 1

分析 （1）研究电流跟电压、电阻的关系时，电阻与滑动变阻器串联，电流表测量电路中的电流，电压表测量被测电阻两端电压，开关控制整个电路；
（2）伏安法测电阻的实验中，滑动变阻器和被测电阻串联在电路中，滑片处于最大阻值处，起到保护作用；
移动变阻器的滑片，改变了连入电路的电阻，不断改变电阻两端的电压，完成多次测量取平均值减小实验误差的作用；
（3）由图示电流表读出电流表示数，然后由欧姆定律及串联电路的特点判断滑动变阻器接入电路的阻值如何变化；
探究“电流跟电压、电阻的关系”实验中要用控制变量法，研究电流跟电阻关系时，控制电压不变；
（4）根据表格中数据可知，电压不变时，电流与电阻的关系即可得出结论；
（5）先利用R_L=$\frac{{U}_{额}^{2}}{{P}_{额}}$求出灯泡电阻，由电源电压、灯泡电阻及滑动变阻器的阻值分别求出两电表的示数即可分析出原因．

解答 解：（1）将电源、开关、滑动变阻器、定值电阻、电流表串联连接，电压表并联在定值电阻两端，如下图所示：

（2）伏安法测电阻的实验中，滑动变阻器的作用：①保护电路元件；②通过调节滑动变阻器可改变电路中的电流，从而达到多次测量取平均值减小实验误差的作用．
（3）当小强探究电流跟电阻关系的实验中要用控制变量法，多次更换电阻，要保持电阻两端的电压不变．
（4）根据表格中数据可知，电压不变时，电阻变为原来的几倍，电流变为原来的几分之一，
所以可得到的结论是：当导体两端电压一定时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比．
（5）由 P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，灯泡的电阻为：R_L=$\frac{{U}_{额}^{2}}{{P}_{额}}$=$\frac{（220V）^{2}}{50W}$=968Ω，
当滑动变阻器接入电路中的阻值为零时，电压表示数最大U_最大=12V，
电路中的电流最大I_最大=$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{12V}{968Ω}$≈0.0124A，
当滑动变阻器接入电路中的阻值最大R_滑=10Ω时，总电阻R_总=R_L+R_滑=968Ω+10Ω=978Ω，
电路中的电流最小I_最小=$\frac{U}{{R}_{总}}$=$\frac{12V}{978Ω}$≈0.0123A，
此时电压表的示数最小U_最小=I_最小R_L=$\frac{2}{163}$A×968Ω≈11.88V，
所以电压表示数的变化范围11.88V～12V，对应电流表示数的变化范围0.0123A～0.0124A，即两电表的示数均变化很小．
故电压表的示数变化很小的原因是白炽灯泡的电阻远大于滑动变阻器的电阻．
故答案为：（1）电路图如图所示；（2）①保护电路元件；②通过调节滑动变阻器可改变电路中的电流，从而达到多次测量取平均值减小实验误差的作用；
（3）不变；（4）当导体两端电压一定时，通过导体的电流跟导体的电阻成反比；（5）白炽灯泡的电阻远大于滑动变阻器的电阻（或滑动变阻器的电阻远小于白炽灯泡的电阻）．

点评 本题是探究电流跟电压、电阻关系的实验，涉及了电路图的设计、滑动变阻器的作用、控制变量法的具体应用等常考知识，一定要掌握，解题时要注意控制变量法的应用．