Question

20．在“探究通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验中，有如下器材：电压表、电流表、滑动变阻器、开关、两节干电池、定值电阻R（分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω）、导线若干，小欧在实验时连接的电路如图1所示．

（1）在探究“电流与电压的关系”实验中：
①闭合开关前，要将滑动变阻器滑片移至A（填“A”或“B”）端；电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和改变电阻两端电压，进行多次测量的作用；
②闭合开关S，无论如何移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数几乎为零，电压表示数约为3V，此时，电路出现的故障可能是R处断路；
小欧排除故障后继续实验．
（2）在探究“电流与电阻的关系”实验中：
①小欧先将R﹦10Ω的电阻接入，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数；接着在滑动变阻器的滑片位置不变，把R换为15Ω的电阻时，应向A（填“A”或“B”）方向移动滑动变阻器的滑片P，这样移动滑片的目的是使电压表示数为2.5V；
②若要使所给的5个定值电阻分别接入电路中都能正常进行实验，应该选取至少标有5Ω的滑动变阻器；
③根据多次测量数据描绘出电流随电阻变化的曲线如图2所示，小欧由图象得出的结论是：电压一定时，电流与电阻成反比．
（3）该实验采用的研究方法是控制变量法．

Answer 1

分析 （1）①连接电路时，闭合开关前，滑动变阻器滑片要位于最大阻值处；滑动变阻器的作用主要是保护电路和改变被测电阻两端的电压；
②电流表的示数为零，电压表示数接近电源电源，说明与电压表并联的电路发生断路，电压表与其它电路元件串联接入电路；
（2）①探究“电流与电阻的关系”实验中，要控制电阻两端的电压保持不变，根据欧姆定律和串联电路的特点分析；
②根据串联电路的特点，在选取定值电阻的阻值最大时，滑动变阻器阻值接入电路中的阻值应最大，据此计算出选取滑动变阻器的阻值；
③根据图象可知：电压一定时，电流与电阻成反比；
（3）探究电流与电压、电阻关系实验，应采用控制变量法．

解答 解：（1）在探究“电流与电压的关系”实验中：
①闭合开关前，要将滑动变阻器滑片移至A端；电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和改变电阻两端电压，进行多次测量的作用；
②闭合开关S，无论如何移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数几乎为零，电压表示数约为3V，此时，电路出现的故障可能是R处断路；
无论如何移动滑动变阻器的滑片P，电压表、电流表均有示数，但都不改变，说明滑动变阻器不起作用，可能是滑动变阻器短路或同时接了下面两个接线柱，还可能是同时接了上面两个接线柱．
（2）在探究“电流与电阻的关系”实验中：
①小明先将R=10Ω的电阻接入，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数；接着在滑动变阻器的滑片位置不变，把R换为15Ω的电阻时，应向A方向移动滑动变阻器的滑片P，才能使电压表示数为2.5V，同时记下电流表的示数；
②由图示电路图可知，电源电压为1.5V×2=3V，由图示图象可知，电阻两端电压为U=0.5A×5Ω=2.5V，滑动变阻器两端电压为：U_滑=U-U_R=3V-2.5V=0.5V，由串联电路电流I处处相等，定值电阻与滑动变阻器接入电路的阻值之比：$\frac{R}{{R}_{滑}}$=$\frac{\frac{U}{I}}{\frac{{U}_{滑}}{I}}$=$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$=$\frac{2.5V}{0.5V}$=$\frac{5}{1}$，则R_滑=$\frac{1}{5}$R，即：定值电阻阻值是滑动变阻器接入电路阻值的5倍，
使所给的5个定值电阻“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω”分别接入电路中都能正常进行实验，当定值电阻为25Ω时，滑动变阻器接入电路的阻值最大，为：R_滑最大=$\frac{1}{5}$R=$\frac{1}{5}$×25Ω=5Ω，若要使所给的5个定值电阻分别接入电路中都能正常进行实验，滑动变阻器最大阻值至少为5Ω，则应该选取至少标有5Ω的滑动变阻器；
③根据多次测量数据描绘出电流随电阻变化的曲线如图2所示，小明由图象得出的结论是：电压一定时，电流与电阻成反比．
（3）研究电流与电压电阻的关系，要用到控制变量法．它是科学探究中的重要思想方法，控制变量法是初中物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一．
故答案为：（1）①A；改变电阻两端电压，进行多次测量；R处断路；（2）A；使电压表示数为2.5V；5；③电压一定时，电流与电阻成反比；（3）控制变量法．

点评 本题考查了实验分析，探究电流与电压、电阻关系实验，要采用控制变量法，应用控制变量法分析即可正确解题．