Question

10．小华同学为了探究“电流与电阻的关系”，设计了如图（甲 ）所示的实验电路，她在学校实验室找来了如下一些实验器材：电压恒为3V的电源，电流表、电压表各一个，一个开关，阻值分别为10Ω，20Ω，50Ω的定值电阻各一个，滑动变阻器上标有“20Ω1A”字样，导线若干．
（1）请你用笔画线代替导线，将图（乙）中的实物连接完整．

（2）在连接实物电路时，小华应将开关处于断开状态，闭合开关前，应将滑动变阻器滑片滑到最右（选填“左”或“右”）端．
（3）小华连接好电路，闭合开关后，移动滑动变阻器滑片时，发现电流表指针正常偏转，电压表示数为零，则发生这种故障的原因可能是R处发生短路．
（4）故障排除后，小华先把10Ω的电阻接入电路，移动滑动变阻器滑片，使电压表示为2V，读出电流表示数后，断开开关，她直接拆下10Ω的电阻，改换成阻值 为20Ω的电阻继续做实验，闭合开关，电压表示数如图（丙）所示，其示数是2.4V．要完成这次实验，接下来她应将变阻器滑片向右（选填“左”或“右”）端移动，使电压表的示数为2V．
（5）当小华改用50Ω的电阻继续实验时，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，都无法使电压表示数达到实验要求的值，你认为电压表的示数无法达到实验要示的值 的原因可能是C
A．滑动变阻的阻值太大B．电压表量程选小了   C．滑动变阻器的阻值太小
（6）小华解决了上述问题后，完成了实验．利用收集到的多组数据，作出了如图（丁）所示的电流I随电阻 R变化的关系图象，分析图象得出了电流与电阻的关系是电压一定时，导体中的电流与电阻成反比．
【拓展】（1）小刚和小军在探究“电流与电压的关系”，该实验中滑动变阴器的作用除了保护电路外，其主要作用是保护电路、改变电阻两端电压和电路中的电流．
（2）实验中，所测的数据如表所示：

R=10Ω	电压/V	1.5	2	2.5
	电流/A	0.15	0.2	0.25

由表中数据可得结论：在电阻一定时，能过导体的电流与电压成正比．
（3）本实验采用的主要探究方法是控制变量法．

Answer 1

分析 （1）将电压表与电阻并联，根据电源电压来确定电压表的量程；
（2）为保护电路，连接电路时，应断开开关，闭合开关前，将滑片移至最大阻值处；
（3）电流表指针发生明显偏转说明电路是通路，电压表无示数说明电压表被短路，据此进行解答；
（4）根据串分压的知识，定值电阻的阻值变大，两端电压变大，要保持其两端电压不变，应减小变阻器的阻值；
（5）根据滑动变阻器的最大阻值与定值电阻阻值间的关系，由串联电路的分压原理分析电压表不能达到要求的原因．
（6）分析图丙中图象，曲线上每一点对应的电流和电阻的乘积相等，说明电压一定时，导体中的电流与电阻成反比．
【拓展】（1）分析表中实验数据，根据电路图与欧姆定律分析答题．
（2）分析表中实验数据，然后得出结论．
（3）探究电流与电阻的关系，应采用控制变量法．，

解答 解：（1）将电压表与定值电阻并联，电源电压为3V，所以电压表可选择0～3V的量程，如图所示．

（2）在连接电路时开关应处于断开状态，这是为了防止电路中有短路的地方而导致损坏用电器；
由图知，变阻器的下面接了左边的A接线柱，为了保护电路，在使用前应将电阻值调至最大阻值处，即右端；
（3）电流表有示数，则应排除断路情况，电压表示数为零，则说明电阻两端没有电压，如果R发生短路，电路是通路，电流表有示数，电压表指针不偏转，故发生这种故障的原因可能是R处发生短路；
（4）由图可知，电压表所选量程为0～3V，根据指针位置可知，其示数是2.4V，
拆下阻值为10Ω的电阻改换成阻值为2OΩ的电阻．闭合开关，电压表的示数会变大，应增大滑动变阻器的阻值，则应将变阻器滑片向右移动，使电压表的示数不变为2V；
（5）改用50Ω的电阻时，电路中的电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{50Ω}$=0.04A，
滑动变阻器的阻值为：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3V-2V}{0.04A}$=25Ω，
无法使电压表的示数达到实验要求的值，可能由于滑动变阻器的最大阻值太小，把滑动变阻器阻值全部接入电路时，滑动变阻器分得的电压还是较小，不能使电阻两端达到要求的值，故选C；
（6）分析图丙图象，曲线上每点对应的电流和电阻的乘积都等于2.5V，说明电压一直保持在2.5V，此时导体中的电流与电阻成反比．
【拓展】
（1）探究“电流与电阻的关系”，应不断改变电阻阻值而控制电阻两端电压不变，
该实验中滑动变阻器的作用除了保护电路外，其作用主要是控制电阻两端电压保持不变．
（2）由表中实验数据可知，在电压一定时，电流与电阻的乘积是定值，保持不变，则电流与电阻成反比，由此可知，在电压一定时，电流与电阻成反比．
（3）该实验中控制电阻两端电压不变，实验应用了控制变量法．
故答案为：（1）见上图；（2）断开；右；（3）R处发生短路；（4）2.4；右；2；（5）C；（6）电压一定时，导体中的电流与电阻成反比．
【拓展】
（1）保护电路；改变电阻两端电压和电路中的电流；
（2）在电阻一定时，能过导体的电流与电压成正比；
（3）控制变量．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验数据处理、实验操作分析、实验操作改进等问题，实验操作分析及实验改进措施是本题的难点，要根据串联电路的分压原理认真分析，然后提出改进措施．