Question

5．在“探究通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验中，有如下器材：电压表、电流表、滑动变阻器、开关、两节干电池、定值电阻R（分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω）、导线若干．小明在实验时连接的电路如图所示．

（1）在探究“电流与电压的关系”实验中：①电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和改变定值电阻两端电压，进行多次测量 的作用；
②闭合开关S，无论如何移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数几乎为零，电压表示数约为3V，此时，电路出现的故障可能是R处断路；小明排除故障后继续实验．
（2）在探究“电流与电阻的关系”实验中：
①电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和控制电阻R两端电压不变 的作用；
②小明先将R﹦10Ω的电阻接入，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数；接着在滑动变阻器的滑片位置不变，把R换为15Ω的电阻时，应向A（填“A”或“B”）方向移动滑动变阻器的滑片P，才能使电压表示数为2.5V，同时记下电流表的示数；
③若要使所给的5个定值电阻分别接入电路中都能正常进行实验，应该选取至少标有5Ω的滑动变阻器；
④根据多次测量数据描绘出电流随电阻变化的曲线如图所示，小明由图象得出的结论是：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．

Answer 1

分析 （1）①滑动变阻器的作用一般有保护电路和改变电路电流或改变被测电阻两端电压；
②电流表几乎无示数，说明电路出现断路故障；电压表示数等于电源电压，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，据此判断电路故障的具体位置；
（2）①探究电流与电阻的关系时，需利用滑动变阻器保持电阻两端电压不变；
②根据串联电路分压的知识判断滑片移动的方向；
③根据串分压的知识，当电阻值最大时，所需变阻器的值最大，根据其确定变阻器的值即可；
④根据图象分析得出电流与电阻的反比例关系．

解答 解：
（1）在探究“电流与电压的关系”实验中：
①电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和改变电阻两端电压，进行多次测量的作用；
②闭合开关S，无论如何移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数几乎为零，电压表示数约为3V，此时，电路出现的故障可能是 R处断路；
（2）在探究“电流与电阻的关系”实验中：
①电路中滑动变阻器起到保护电路元件安全和控制电阻R两端电压不变的作用；
②小明先将R=10Ω的电阻接入，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V，记下电流表示数；接着在滑动变阻器的滑片位置不变，把R换为15Ω的电阻时，应向A方向移动滑动变阻器的滑片P，才能使电压表示数为2.5V，同时记下电流表的示数；
③由图示电路图可知，电源电压为1.5V×2=3V，
由图示图象可知，电阻两端电压为U=0.5A×5Ω=2.5V，
滑动变阻器两端电压为：U_滑=U-U_R=3V-2.5V=0.5V，根据串分压的知识，定值电阻与滑动变阻器接入电路的阻值之比：
$\frac{R}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$=$\frac{2.5V}{0.5V}$=$\frac{5}{1}$，
则R_滑=$\frac{1}{5}$R，即：定值电阻阻值是滑动变阻器接入电路阻值的5倍，
使所给的5个定值电阻“5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω”分别接入电路中都能正常进行实验，当定值电阻为25Ω时，滑动变阻器接入电路的阻值最大，为：R_滑最大=$\frac{1}{5}$R=$\frac{1}{5}$×25Ω=5Ω，若要使所给的5个定值电阻分别接入电路中都能正常进行实验，滑动变阻器最大阻值至少为5Ω，则应该选取至少标有5Ω的滑动变阻器；
④根据多次测量数据描绘出电流随电阻变化的曲线如图2所示，小明由图象得出的结论是：电压一定时，电流与电阻成反比．
故答案为：（1）①改变电阻两端电压，进行多次测量；②R处断路；（2）①控制电阻R两端电压不变；②A；③5；④电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．

点评 本题考查了实验分析，探究电流与电压、电阻关系实验，要采用控制变量法，应用控制变量法分析即可正确解题．