Question

探究：通过导体的电流与导体两端电压及导体电阻的大小有什么关系？
猜想一：导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压成正比．
猜想二：导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压的平方成正比．
猜想三：导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．
实验器材：电源（电压恒为4.5V），电流表、电压表各一只，开关一个，若干个定值电阻（10Ω、15Ω、20Ω），滑动变阻器（50Ω、1.5A），导线若干．
实验过程：
（1）小明利用所给的器材设计了如图甲的电路图，然后根据电路图连接实物图．
①如图乙是他未连接好的电路，请你用笔画线代替导线，将实物图补充完整．（做在答题纸上）
②电路连好后，在闭合开关前，他应将滑动变阻器的滑片滑到最________端（填“左”或“右”）．闭合开关后，他发现无论怎样移动滑片，电流表指针均无偏转，电压表的指针有明显的偏转，这可能是由于________断路造成的．
③小明更换元件后继续实验，通过改变定值电阻R两端的电压，测得电流、电压的值如表一．分析数据可得：猜想________（填序号）是正确的，小明选用的定值电阻的阻值是________Ω．
表一　　　　　　　　　　　　　　　　

电压U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8
电流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28

表二

电阻R/Ω	10	15	20
电流I/A	0.20	0.13	1.10

④小明在探究猜想三时，先将10Ω的电阻连入图20乙连接好的电路中，闭合开关，移动滑片，使与电阻并联的电压表的示数为2V，并记下电流值；再分别改接15Ω、20Ω的电阻，重复上述实验，得到了表二中的实验数据．分析数据得出，猜想三是________（填“正确”、“错误”）的．实验中，小明多次移动变阻器滑片的目的是________．
（2）小华在探究猜想三时，利用所给的器材重新设计了电路，保持电压表的示数为2.5V，得到了与表二相同的数据，也完成了实验探究．请你画出小华设计的电路图．（画在答题纸上本题答题区域中的虚线框内）

Answer 1

解：
①当滑动变阻器接入电路中的电阻为0，且定值电阻的阻值为10Ω时电路中的电流最大，
根据欧姆定律可得：I===0.45A＜0.6A，故电流表的量程为0～0.6A，且与电流表与定值电阻串联，开关串联在电路中，如下图所示：

②闭合开关前，保护电路的滑动变阻器的滑片位于最大阻值的右端；
电流表无示数说明电路断路，电压表有明显偏转则电压表串联在电路中，这可能是由于定值电阻R断路造成的；
③分析表一中的数据可知，定值电阻的阻值不变，定值电阻两端的电压与通过电流的比值均为10Ω，故导体的电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压成正比；
④探究电流与电阻之间的关系时应控制定值电阻两端的电压不变，改变定值电阻的阻值时，可以通过调节滑动变阻器使定值电阻两端的电压不变即电压表的示数不变；
分析表二中的数据可知，通过电流的变化倍数与电阻变化倍数的倒数相等，
故可得导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；
（2）滑动变阻器两端的电压和定值电阻两端的电压之和等于电源电压，小华和小明记录的数据相同，说明定值电阻两端的电压都是2V，电源电压是4.5V，则滑动变阻器两端的电压是2.5V，电压表测量的是滑动变阻器两端的电压，电路图如下图所示：

故答案为：
（1）①实物电路图如上图所示；
②右；定值电阻R；
③一；10；
④正确；保持电压表的示数不变；
（2）小华设计的电路图如上图所示．
分析：（1）①根据欧姆定律求出电路中的最大电流，据此确定电流表的量程，且电流表与定值电阻串联，然后再把开关串联在电路中即可；
②闭合开关前，为防止电路中的电流过大烧坏用电器，保护电路的滑动变阻器处于最大阻值处；电压表有示数说明两接线柱与电压相连的部分是通路，电流表无示数说明断路，即电压表并联的部分断路；
③分析表一中的数据可知，定值电阻的阻值不变，通过定值电阻电流的变化倍数和两端电压变化倍数相等，据此可知验证的猜想和定值电阻的阻值；
④探究电流与电阻之间的关系时应控制电阻两端的电压不变，改变定值电阻的阻值时应调节滑动变阻器使电压表的示数保持不变；
（2）定值电阻两端的电压和滑动变阻器两端的电压之和等于电源电压，当小华在探究猜想三时，重新设计了电路，保持电压表的示数为2.5V，得到了与表二相同的数据，说明定值电阻两端的电压还是2V不变，则滑动变阻器两端的电压是2.5V，电压表测量的是滑动变阻器两端的电压．
点评：本题考查了电流表的正确使用和连接、电路故障的判断和电路图的设计等，关键是会利用控制变量法分析实验数据得出结论，要注意小华和小明记录的数据相同时定值电阻两端的电压应相等．