Question

3．小強(qiáng)同學(xué)觀察到一些電學(xué)現(xiàn)象：小燈泡兩端的電壓越大，通過燈絲的電流越大，燈泡越亮；電源電壓一定時(shí)，電路中的電阻增大，電路中的電流就變小，燈泡變暗．
小強(qiáng)猜想：通過導(dǎo)體中的電流的大小與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻有關(guān)．

請你幫助小強(qiáng)完成這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)：
（1）選擇的器材：電源、開關(guān)、三個(gè)阻值不同的電阻（5Ω、10Ω、20Ω），導(dǎo)線若干，電流表及電壓表各一塊，還需要滑動(dòng)變阻器．
（2）請用筆代替導(dǎo)線將圖1中各元件補(bǔ)充完整，并按實(shí)物圖在虛線框圖2內(nèi)畫出電路圖．
（3）測量的步驟及數(shù)據(jù)：
 ①按電路圖連接電路．連接電路時(shí)，開關(guān)必須斷開；實(shí)驗(yàn)前使滑動(dòng)變阻器接入電路阻值最大，滑片P應(yīng)放在最右端（填“左”或“右”）．
 ②首先把10Ω的電阻連入電路，滑動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，改變R₁兩端的電壓，測得三組數(shù)據(jù)如表一所示；
③分別把三個(gè)阻值不同的電阻連入電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，始終保持每個(gè)電阻連端的電壓為2V，測得三組數(shù)據(jù)如表二所示．

表一：電阻R1=10Ω				表二：電壓U=2V
電壓（V）	1	2	3	電阻（Ω）	5	10	20
電流（A）	0.1	0.2	0.3	電流（A）	0.4	0.2	0.1

（4）分析與結(jié)論：
分析表一得出的結(jié)論是：電阻一定時(shí)，電阻中的電流與電阻兩端的電壓成正比；
分析表二得出的結(jié)論是：電壓一定時(shí)，電阻中的電流與電阻成反比．
（5）這種研究問題的方法是控制變量法．

Answer 1

分析 （1）本實(shí)驗(yàn)中要多次測量求平均值減小誤差，據(jù)此選擇實(shí)驗(yàn)器材．
（2）伏安法測電阻是指用電壓表測出電阻兩端的電壓，用電流表測出通過電阻的電流，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$求出被測電阻的阻值，再與電源和開關(guān)組成電路即可；根據(jù)電阻兩端分得的最大電壓確定電壓表的量程，且與電阻并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求出電路中的最大電流確定電流表的量程且與電阻串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，據(jù)此連接實(shí)物圖．
（3）為保護(hù)電路，連接電路過程中，開關(guān)應(yīng)該斷開，并將滑片移至最大阻值處；
（4）探究電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)，要用到控制變量法，把握表一、表二中數(shù)據(jù)的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)是得出結(jié)論的入手點(diǎn)．在電路中要利用滑動(dòng)變阻器來控制定值電阻兩端的電壓的變與不變；
（5）電流與多個(gè)因素有關(guān)，應(yīng)用控制變量法進(jìn)行探究．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中除了所給的器材，還要用到保護(hù)電路和改變電阻兩端電壓達(dá)到多次測量求平均值減小誤差的滑動(dòng)變阻器．
（2）電壓表與電阻并聯(lián)，電阻兩端分得的最大電壓為6V，所以電壓表的量程為0～15V；
電流表與電阻串聯(lián)，電路中的最大電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{6V}{5A}$=1.2A，所以電流表的量程為0～3A；
滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，再與開關(guān)和電源組成電路即可，實(shí)物圖如下圖所示：

根據(jù)實(shí)物圖畫出電路圖，如圖所示：

（3）為防止電路中出現(xiàn)短路情況，連接電路時(shí)，開關(guān)必須斷開；實(shí)驗(yàn)前使滑動(dòng)變阻器接入電路阻值最大處，由圖知，變阻器的下面接了左邊的接線柱，滑片P應(yīng)放在最右端；
（4）在表一中：導(dǎo)體的電阻10Ω一定，導(dǎo)體兩端的電壓從1V到2V再到3V，相對應(yīng)的，導(dǎo)體中的電流從0.1A到0.2A再到0.3A．電壓增加幾倍，電流也增加幾倍，故得結(jié)論：在電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比．
在表二中：導(dǎo)體兩端的電壓2V一定，導(dǎo)體的電阻從5Ω到10Ω，再到20Ω，相對應(yīng)的，導(dǎo)體中的電流從0.4A到0.2A再到0.1A，電阻增加幾倍，電流變?yōu)樵瓉淼膸追种�一倍，故得結(jié)論：在電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比．
（5）由上分析知，要探究電流與電阻的關(guān)系，需控制電壓不變，要探究電流與電壓的關(guān)系，需控制電阻不變，用到控制變量法．
故答案為：（1）滑動(dòng)變阻器；（2）如上圖所示；（3）①斷開；最大；左；（4）電阻一定時(shí)，電阻中的電流與電阻兩端的電壓成正比；電壓一定時(shí)，電阻中的電流與電阻成反比；（5）控制變量．

點(diǎn)評 本題考查了實(shí)物電路圖的連接和利用控制變量法得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，關(guān)鍵是明白此實(shí)驗(yàn)的原理和控制變量法的應(yīng)用．