Question

1．小明和小丽想探究导体中的电流跟电阻的关系，他们所选的电源电压为 6V 且保持不变，实验用到的电阻阻值分别为 5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω、30Ω，滑动变阻器规格为“60Ω  1A”．

（1）连接电路后，闭合开关，发现电流表、电压表指针均超过量程．操作中存在的问题是滑动变阻器的滑片没有调至最大阻值处．
（2）实验中多次改变 R 的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变，记下电流表 的示数，得到如图甲所示的电流 I 随电阻 R 变化的图象．
①由图象可以得出结论：电压一定时，通过导体的电流跟导体电阻成反比．
②上述实验中，小明用 5Ω 的电阻做完实验后，接下来的操作是断开开关，将滑动变 阻器调到最大阻值，然后将 10Ω 的电阻接入电路，闭合开关，移动滑片，使电压表示数为3V 时，读出电流表的示数．
（3）本实验要保持电 阻两端电压相同，他们在学习了欧姆定律之后，才知道本实验中电压表控
制不变的电压值应该在2V 至5V 范围之内选择．
（4）他们又用本次器 材探究了电流与电压的关系，做出图象如图乙，由图可知：使用的定值电 阻是20Ω，图中阴影部分面积表示的物理量是功率．

Answer 1

分析 （1）若电流表、电压表的指针均超过量程，是由于滑动变阻器的阻值过小造成的，然后根据滑动变阻器的规格判断出原因可能是滑片未移至最大阻值处；
（2）①分析图象的，得出电流和电阻的关系：电压一定，电流和电压成反比；②在拆接电路时，要先断开开关，闭合开关前，要将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处；
要探究电流和电阻的关系，需保持电阻两端的电压不变，根据图象中的某一组数据便可求出电阻两端的电压；
（3）根据滑动变阻器的规格，电路中的最大电流为1A，滑动变阻器的最大阻值为60Ω，根据串联电路的知识结合欧姆定律计算电阻两端的电压范围；
（4）根据公式R=$\frac{U}{I}$求出定值电阻的阻值；阴影部分为电流和电压的乘积，根据P=UI可知应为定值电阻的功率．

解答 解：（1）电流表、电压表指针均超过量程，说明电路中的总电阻过小，又滑动变阻器的最大阻值为60Ω，则原因可能是滑动变阻器的滑片没有调至最大阻值处；
（2）①由图象知，电压一定，通过导体的电流跟导体电阻成反比；
②小明用5Ω的电阻做完实验后，应先断开开关，同时将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处，再换接10Ω的电阻，然后闭合开关，使电压表的示数保持U=IR=0.6A×5Ω=3V不变；
（3）由滑动变阻器的规格知，滑动变阻器的最大阻值为60Ω，允许通过的最大电流为1A；
根据串分压的知识，当电阻的阻值为30Ω时，滑动变阻器的阻值需要的最大，当滑动变阻器的阻值为60Ω时，便是电阻两端的最小电压，
根据串分压可知R：R_滑=U_R：U_滑，则U_R：U_滑=30Ω：60Ω=1：2，此时电阻两端的电压为6V×$\frac{1}{3}$=2V，
电路中的最大电流为1A，当电阻为5Ω时，电路中的电流最大，则U_大=IR=1A×5Ω=5V；
所以本实验中电压表控制不变的电压值应该在2V到5V之间．
（4）由图象乙可知，U=4V时，I=0.2A，根据公式R=$\frac{U}{I}$可知，使用的定值电阻得阻值为R=$\frac{U}{I}$=$\frac{4V}{0.2A}$=20Ω；
阴影部分面积为横、纵坐标的乘积，即阴影部分的面积为：S=UI=P，故阴影部分面积表示的物理量是功率．
故答案为：（1）滑动变阻器的滑片没有调至最大阻值处；（2）①通过导体的电流跟导体电阻成反比； ②断开开关；3；（3）2；5；（4）20；功率．

点评 此题是探究电流和电阻的关系实验，注意控制变量法在实验中的应用，考查了电流和电阻的关系，实验中应该注意的问题，特别是第（3）项，有关求电阻两端的最小电压和最大电压，涉及到了串联电路中欧姆定律的应用，理解滑动变阻器的规格，是解决此题的关键．