Question

9．欧姆坚持不懈的探索精神，激发了同学们的学习热情，忠民和勇胜为探究小明提出的问题，设计如图所示电路，并准备了充足的实验器材．

（1）连接电路时，开关要断开；闭合开关后，无论怎样调节滑动变阻器的滑片，都发现电流表无示数，电压表有示数．其原因可能是电阻R断路（选填“断路”或“短路”）
（2）忠民按设计好的电路进行实验，收集数据如表一（R为定值电阻）：
请根据表中数据，写出实验结论在电阻一定时，电流与电压成正比．
（3）勇胜在连接电路时，误将电压表与滑动变阻器并联，在实验中收集数据如表二（电源电压已知且不变）：问题：①按勇胜的实验也能得出正确结论，请写出得出正确结论的办法．
用电源电压减去滑动变阻器两端电压，得出定值电阻两端电压．记录每次的电流与定值电阻两端的电压，比较两者的变化规律，得出结论．
②实验中操作失误，往往是新收获的契机．请写出本实验操作过程中，滑动变阻器的电功率，随着它连入电路中电阻值的变化是如何变化的？滑动变阻器连入电路中的电阻值减小时，其电功率先增大后减小．
表一   

次 数	1	2	3
电流I/A	0.2	0.4	0.6
电压U/V	1.0	2.0	3.0

表二

次 数	1	2	3	4	5
电流I/A	0.16	0.24	0.32	0.40	0.48
电压U/V	2.2	1.8	1.4	1.0	0.6

（4）①他们进一步“探究通过导体的电流与导体电阻的关系”使用的器材有：两节新干电池，三个定值电阻：R₁=5Ω、R₂=10Ω、R₃=20Ω，标有“15Ω 1A”的滑动变阻器、电流表、电压表和开关各一只，导线若干．正确连接好电路后，小明首先将R₁接入电路，移动滑动变阻器滑片使R₁两端的电压为1.5V，读出电流表的示数．小明将用R₂替换R₁接入电路，接下来他应该进行的操作是移动滑动变阻器滑片使R₂两端的电压为1.5V，读出电流表的示数；
②小明用R₃替换R₂接入电路进行实验，发现无论怎样移动滑动变阻器，R₃两端的电压始终无法达到1.5V．经查，电路连接无误，各元件均完好．请找出一种可能的原因滑动变阻器最大阻值过小（或控制的定值电阻两端的电压过小）．
③在不改变电路的前提下，针对②中的问题，怎样改进该实验，请写出你的办法适当提高定值电阻两端的电压．

Answer 1

分析 （1）为保护电路，连接电路时应断开开关；根据电路故障现象分析电路故障原因．
（2）根据实验数据总结结论，要明确实验目的，控制的物理量，变化的物理量的变化规律研究探究对象的变化规律，由此得到实验结论．
（3）①电压表与滑动变阻器并联，测量的是滑动变阻器两端电压，已知电源电压且不变，用电源电压减去电压表示数，就是电阻两端电压；串联电路电流处处相等，研究电源电压与滑动变阻器两端电压之差的变化规律和相应的电流的变化规律，就能得出正确结论．
②滑动变阻器两端电压随接入电路的电阻的减小而减小．分别计算第1、3、5次的电功率就能得出变化的规律．
（4）①实验中要保证电阻两端电压不变，更换电阻后，要移动滑动变阻器滑片位置，使电压表示数保持不变；
②电阻两端电压达不到1.5V，可从滑动变阻器阻值大小、电源电压大小、电阻本身等方面分析原因；
③在不改变实验器材的前提下，可适当提高电阻两端的电压，以便达到实验目的

解答 解：（1）为保护电路，连接电路时，开关要断开；
闭合开关后，无论怎样调节滑动变阻器的滑片，电流表无示数，说明电路存在断路，
电压表有示数，说明电压表与电源两极相连，电压表并联电路之外电路不存在断路，与电压表并联的电阻R断路．
（2）已知电阻阻值一定，从左到右，电压成倍增大，电流也成倍增大，并且电流增大的倍数与电压增大的倍数相同．所以实验结论为：在电阻一定时，通过导体的电流与导体两端电压成正比．
（3）①用电源电压减去滑动变阻器两端电压，得出定值电阻两端电压．记录每次的电流与定值电阻两端的电压，比较两者的变化规律，得出结论．
②在第一组滑动变阻器的功率为P₁=U₁I₁=2.2V×0.16A=0.352W；
在第三组滑动变阻器的功率为P₃=U₃I₃=1.4V×0.32A=0.448W；
在第五组滑动变阻器的功率为P₅=U₅I₅=0.6V×0.48A=0.288W．
所以实验结论是：滑动变阻器连入电路中的电阻值减小时，其电功率先增大后减小．
（4）①用R₂替换R₁接入电路，接下来他应该进行的操作是：移动滑动变阻器滑片使R₂两端的电压为1.5V．
②用R₃替换R₂接入电路进行实验，发现无论怎样移动滑动变阻器，R₃两端的电压始终无法达到1.5V，可能是滑动变阻器最大阻值太小，滑动变阻器分压太小，使电阻R₃两端的电压过大造成的；或是由于控制的定值电阻两端的电压太小造成的．
③不改变电路，只能适当提高电阻两端的电压
故答案为：（1）断开；断路；（2）在电阻一定时，电流与电压成正比；（3）①用电源电压减去滑动变阻器两端电压，得出定值电阻两端电压．记录每次的电流与定值电阻两端的电压，比较两者的变化规律，得出结论；②滑动变阻器连入电路中的电阻值减小时，其电功率先增大后减小；（4）①移动滑动变阻器滑片使R₂两端的电压为1.5V；②滑动变阻器最大阻值过小（或控制的定值电阻两端的电压过小）；③适当提高定值电阻两端的电压．

点评 本题考查了实验注意事项、电路故障分析、实验数据分析，实验用到了控制变量法，应用控制变量法是正确解题的关键．