Question

17．探究電流與電壓、電阻的關(guān)系．

【提出問題】通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓及導(dǎo)體電阻的大小有什么關(guān)系？
【猜想】
①導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓成正比．
②導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓的平方成正比．
③導(dǎo)體兩端的電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
【實(shí)驗(yàn)器材】電源（電壓恒為4.5 V），電流表、電壓表各一只，開關(guān)一個(gè)，三個(gè)定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω），兩只滑動(dòng)變阻器（20Ω 2 A、50Ω 1 A），導(dǎo)線若干．
【實(shí)驗(yàn)過程】
（1）根據(jù)如圖1所示實(shí)物圖在虛線框內(nèi)畫出電路圖．
（2）小明按如圖1正確連接電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表指針超過量程．小明操作中的錯(cuò)誤是閉合開關(guān)前，變阻器連入電路的阻值沒有調(diào)到最大值．
（3）小明改正錯(cuò)誤后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，通過改變定值電阻R兩端的電壓，測(cè)得電流、電壓的
值如表一．分析數(shù)據(jù)可得出猜想①是正確的．
表一                                                      表二

電壓U/V	1.2	1.6	2.0	2.4	2.8		電阻R/Ω	5	10	15
電流I/A	0.12	0.16	0.20	0.24	0.28		電流 I/A	0.30	0.15	0.10

（4）小紅在探究猜想③時(shí)，先將5Ω的電阻連入電路中，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，使與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為1.5 V，并記下電流值；再分別改接10Ω、15Ω的電阻，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，得到了表二中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．分析數(shù)據(jù)得出，猜想③是正確的．實(shí)驗(yàn)中，小紅多次移動(dòng)變阻器滑片的目的是保持定值電阻兩端的電壓不變．
【知識(shí)拓展】
（1）小明實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇的是10Ω電阻．
（2）小紅實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇的變阻器規(guī)格是50Ω1A．

Answer 1

分析 （1）由實(shí)物圖畫電路圖的方法：從電源的正極開始，順著電流的路徑，依次電流表、定值電阻、滑動(dòng)變阻器，到電源的負(fù)極．最后把電壓表并列連接在定值電阻兩端．
（2）電壓表指針超過量程，說明定值電阻的電壓太大，滑動(dòng)變阻器的電壓太小，滑動(dòng)變阻器連入的電阻太小，也就是閉合開關(guān)之前，滑片沒有處于最大阻值處．
（3）當(dāng)電壓和電流的比值一定時(shí)，兩者成正比，當(dāng)電壓和電流的乘積一定時(shí)，兩者成反比．
（4）探究電流跟電阻的關(guān)系時(shí)，采用控制變量法，改變電阻大小，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，保持電壓一定，記錄電流大小，研究電流跟電阻的關(guān)系．
根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，用R=$\frac{U}{I}$計(jì)算出導(dǎo)體的電阻；
根據(jù)數(shù)據(jù)利用歐姆定律計(jì)算出滑動(dòng)變阻器的最大阻值，得出滑動(dòng)變阻器的規(guī)格．

解答 解：（1）從電源正極-電流表-定值電阻-滑動(dòng)變阻器-電源負(fù)極．電壓表測(cè)量定值電阻的電壓，把電壓表并聯(lián)在定值電阻兩端．如圖．

（2）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表指針超過量程，定值電阻的電壓太大，滑動(dòng)變阻器的電壓太小，電阻太小，所以閉合開關(guān)前，變阻器連入電路的阻值沒有調(diào)到最大值．
（3）如表格數(shù)據(jù)，$\frac{U}{I}$=10V/A，電壓和電流的比值為定值，所以導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓成正比．猜想①正確．
（4）在電阻由5Ω→10Ω→15Ω時(shí)，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，必須保持定值電阻兩端的電壓1.5V不變．所以多次移動(dòng)滑片是為了保持定值電阻兩端的電壓不變．
①小明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表一，R=$\frac{U}{I}$=10Ω．
②在電阻由5Ω→10Ω→15Ω時(shí)，滑動(dòng)變阻器和定值電阻是串聯(lián)的，電流相等，電源電壓是4.5V，定值電阻的電壓是1.5V，則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓是3V，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻最大是30Ω，最大電流是0.3A，所以滑動(dòng)變阻器選擇50Ω 1A．
故答案為：（1）如上圖；（2）閉合開關(guān)前，變阻器連入電路的阻值沒有調(diào)到最大值；（3）①；（4）保持定值電阻兩端的電壓不變；①10；②50Ω  1A．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了：由實(shí)物圖畫電路圖．對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力，能通過數(shù)據(jù)判斷電流與電壓的正比關(guān)系．
根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇滑動(dòng)變阻器的規(guī)格是比較難的問題，即要考慮需要的電阻又要考慮允許通過的電流．