Question

19．如图甲所示，是某班物理小组的同学们在探究“电流与电阻的关系”时连接的电路．电源电压恒为3V，滑动变阻器上标有“20Ω  2A”字样，现有阻值分别为10Ω，15Ω，20Ω，45Ω的定值电阻四个．

（1）图甲所示的电路是按照事先设计的电路图来连接的，但小组中的小明同学在设计实验电路时只画出了一部分电路图，如图乙所示，请你根据图甲的电路连接情况在虚线框内帮助小明同学把电路图补充完整．
（2）让10Ω电阻接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器，读出电流表示数，记录数据于下表中；
（3）将10Ω电阻换成15Ω电阻，闭合开关，此时应将滑动变阻器的滑片向右（选填“左”或“右”）移动，当观察到电压表示数为1.8V时，记录电流表示数；
（4）再将15Ω电阻分别换成20Ω和45Ω的电阻，重复步骤（3）；
（5）实验中记录关于定值电阻和电流表的多组数据如下表所示．在分析数据的基础上得出正确结论是：在电压不变时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；．
（6）实验结柬后小组还与老师进行了交流，老师分析表中数据后发现有一组数据是编造的，请你指出第4组数据是编造的，理由是通过计算，若完成第四组实验数据，要求滑动变阻器的电阻应调节到30Ω，大于现有滑动变阻器的最大电阻值．
（7）学习了欧姆定律后，小组的同学们发现该实验装置还可以用来测量电阻的阻值，实验时也需要利用滑动变阻器进行多次测量，你认为在这两个实验中多次测量的目的是不同（选填“相同”或“不同”）的．

实验次	定值电阻（Ω）	电流表示数（A）
1	10	0.18
2	15	0.12
3	20	0.09
4	45	0.01

Answer 1

分析 （1）根据实物图画出对应的电路图；
（3）由欧姆定律求出电压表的数，根据分压原理确定电压表的示数变化，探究“电流与电阻的关系时，应保持不同电阻的电压不变，根据串联电路电压的规律和分压原理判断滑片移动的方向；
（5）纵向比较表中前3组数据得出结论；
（6）根据串联电路电压的规律和分压原理，求出当定值电阻为45Ω时，变阻器最大阻值至少为多少，并与现有变阻器的规格作比较；
（7）根据两个实验中多次测量的目的分析作答．

解答 解：（1）根据实物图画出对应的电路图，各元件先后顺序不变，如下图所示；

（3）由表格数据可知，在第1次实验中，电压表的示数为U=IR=0.18A×10Ω=1.8V，
将10Ω电阻换成15Ω电阻时，根据分压原理可知，电压表示数将增大，为保持电压表示数不变（应使电压表示数减小为原来的电压值），根据串联电路电压的规律，应增大变阻器分得的电压，应增大变阻器连入电路中的电阻大小，即滑片向右移动，直到电压表示数为1.8V；
（5）纵向比较表中前3组数据可知，电阻增大为原来的几倍，通过的电流减小为原来的几分之一，所以得出的结论是：在电压不变时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；
（6）因电压表示数为1.8V保持不变，所以，变阻器要分得的电压为3V-1.8V=1.2V的电压，变阻器的电压为定值电阻的$\frac{1.2V}{1.8V}=\frac{2}{3}$，根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻为$\frac{2}{3}$R_定最大=$\frac{2}{3}$×45Ω=30Ω，即变阻器的最大阻值至少为30Ω，而现有变阻器的最大阻值为20Ω，所以使用45Ω的定值电阻，在现有条件下是无法完成实验的，所以第4组数据是编造的；
（7）探究“电流与电阻的关系”时，多次测量是为了得出具有普遍性的规律，避免实验的偶然性；而测量电阻的实验中，多次测量是为了取平均值减小误差，所以两个实验多次测量的目的是不同的．
故答案为：（1）如上图所示；
（3）右； 1.8；
（5）在电压不变时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；
（6）4；通过计算，若完成第四组实验数据时，要求滑动变阻器的电阻应调节到30Ω，大于滑动变阻器的最大电阻值；
（7）不同．

点评 本题探究电流与电阻的关系，考查电路的设计、操作过程、分析数据归纳结论、对实验器材的要求及对多次测量目的不同的分析等知识，属于中考的热点问题，要准确掌握．