Question

3．小青学习小组和小华学习小组进行探究性学习：
（1）小青学习小组在“探究一定电压下，电流与电阻的关系”的实验中，老师提供的实验器材有：电源（电压恒为4.5Ⅴ），电流表、电压表各一个，开关一个，四个定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），两只滑动变阻器（规格分别为“15Ω2A”“30Ω1A”），导线若干．实验电路如图甲．

①请用笔画线代替导线，将图乙中实物连接完整．
②闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应移到F端（选填“E”或“F”）．
③小青实验时，在a、b间先接入5Ω的电阻，闭合开关，移动滑片P，使电压表的示数为2Ⅴ，并记下相应的电流值；再改接10Ω的电阻，此时滑片P应向F（选填“E”或“F”）端移动，小青移动变阻器滑片P的目的是：调节定值电阻两端电压保持不变．
④小青要在题③基础上完成探究活动，她选择的滑动变阻器规格应是30Ω 1A．
（2）小华学习小组在“测量定值电阻阻值”的实验中，小组同学在连线时，不小心将线连错了，开关闭合后，移动滑动变阻器的滑片P时，发现电流表示数变大，电压表示数却变小，产生这一现象的原因是电压表与滑动变阻器并联．纠正错误后，移动滑动变阻器的滑片P，使电压表的示数为3V时，电流表的示数如图丙，则测得该定值电阻的阻值为10Ω．他们认为这个结果就是定值电阻的准确阻值，你认为合理吗？不合理，理由是没有进行多次测量求平均值．

Answer 1

分析 （1）①本实验中滑动变阻器应一上一下串联接入电路中；
②闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应移到最大值处；
③要探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，即与电阻并联的电压表示数不变，为保证电阻两端的电压不变，根据串联电路的分压原理分析将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻时滑片的移动方向；
④根据串联电路特点和欧姆定律计算变阻器的规格；
（2）伏安法测电阻的实验中，电压表应与被测电阻并联，当滑动变阻器接入电路的阻值减小时，电路电流变大，被测电阻两端电压变大，滑动变阻器两端电压减小，电流表与电压表示数变大，如果电压表与滑动变阻器并联则电流表示数增大时，电压表示数减小，据此分析答题；
由图示电流表确定电流表的量程与最小分度值，然后根据电流表指针位置读出电流表示数，由欧姆定律求出电阻阻值；
在本实验中只进行了一次测量便得出结论，没有进行多次测量求平均值，实验误差较大，只进行一次测量不合理．

解答 解：
（1）①探究电流与电阻的关系的实验中变阻器应一上一下串联接入电路中，如图所示：
；
②为了保护电路，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应移到最大值F端；
③导体中电流与电压和电阻有关，探究电流和电阻之间关系，必须保持电阻两端的电压不变，根据串联电路的分压原理，将5Ω的电阻换成了10Ω的电阻后其电压将增大，为使其电压保护2V不变，需要增大变阻器分得电压，故应将滑片F端移动，直到电压表示数为2V为止．由此可知移动滑片的作用是：调节定值电阻两端电压保持不变；
④串联电路中电流处处相等，所以I_滑=I_ab，由I=$\frac{U}{R}$，
则：$\frac{U-{U}_{ab}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{ab}}{{R}_{ab}}$，当ab间接入20Ω电阻时有：$\frac{4.5V-2V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{20Ω}$，
解得：R_滑=25Ω，
此时电路中电流：I=$\frac{{U}_{ab}}{{R}_{ab}}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，所以为了完成实验应选择30Ω 1A的滑动变阻器；
（2）开关闭合后，移动滑动变阻器的滑片P时，发现电流表示数变大，电压表示数却变小，产生这一现象的原因是：电压表与滑动变阻器并联；
由图知：电流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.3A，电阻阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω；
本实验只进行了一次测量，没有进行多次测量求平均值，测量结果存在较大误差，所以将这个结果作为定值电阻的准确阻值不合理．
故答案为：（1）①见上图；②F；③F；调节定值电阻两端电压保持不变；④30Ω 1A；（2）10；不合理；没有进行多次测量求平均值．

点评 （1）考查了探究电流跟电阻关系的实验，探究的方法是控制变量法；并且能够根据题目数据选择合适的滑动变阻器，不但考虑滑动变阻器允许通过的电流，也要考虑滑动变阻器的电阻．电路电流不能超过滑动变阻器允许通过的最大电流，滑动变阻器最大电阻稍大于电路需要的电阻，这样，滑动变阻器既能满足电路要求，也能使电路准确获得需要的数据．
（2）伏安法测电阻的实验，考查了实验现象分析、电流表读数、电阻的计算等，注意测定值电阻实验时为了减小误差应取多次测量的平均值．