Question

3．小青學(xué)習(xí)小組和小華學(xué)習(xí)小組進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)：
（1）小青學(xué)習(xí)小組在“探究一定電壓下，電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，老師提供的實(shí)驗(yàn)器材有：電源（電壓恒為4.5Ⅴ），電流表、電壓表各一個(gè)，開(kāi)關(guān)一個(gè)，四個(gè)定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω），兩只滑動(dòng)變阻器（規(guī)格分別為“15Ω2A”“30Ω1A”），導(dǎo)線若干．實(shí)驗(yàn)電路如圖甲．

①請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖乙中實(shí)物連接完整．
②閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)移到F端（選填“E”或“F”）．
③小青實(shí)驗(yàn)時(shí)，在a、b間先接入5Ω的電阻，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P，使電壓表的示數(shù)為2Ⅴ，并記下相應(yīng)的電流值；再改接10Ω的電阻，此時(shí)滑片P應(yīng)向F（選填“E”或“F”）端移動(dòng)，小青移動(dòng)變阻器滑片P的目的是：調(diào)節(jié)定值電阻兩端電壓保持不變．
④小青要在題③基礎(chǔ)上完成探究活動(dòng)，她選擇的滑動(dòng)變阻器規(guī)格應(yīng)是30Ω 1A．
（2）小華學(xué)習(xí)小組在“測(cè)量定值電阻阻值”的實(shí)驗(yàn)中，小組同學(xué)在連線時(shí)，不小心將線連錯(cuò)了，開(kāi)關(guān)閉合后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)卻變小，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)．糾正錯(cuò)誤后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為3V時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙，則測(cè)得該定值電阻的阻值為10Ω．他們認(rèn)為這個(gè)結(jié)果就是定值電阻的準(zhǔn)確阻值，你認(rèn)為合理嗎？不合理，理由是沒(méi)有進(jìn)行多次測(cè)量求平均值．

Answer 1

分析 （1）①本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)接入電路中；
②閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)移到最大值處；
③要探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，為保證電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理分析將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時(shí)滑片的移動(dòng)方向；
④根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算變阻器的規(guī)格；
（2）伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)與被測(cè)電阻并聯(lián)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值減小時(shí)，電路電流變大，被測(cè)電阻兩端電壓變大，滑動(dòng)變阻器兩端電壓減小，電流表與電壓表示數(shù)變大，如果電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)則電流表示數(shù)增大時(shí)，電壓表示數(shù)減小，據(jù)此分析答題；
由圖示電流表確定電流表的量程與最小分度值，然后根據(jù)電流表指針位置讀出電流表示數(shù)，由歐姆定律求出電阻阻值；
在本實(shí)驗(yàn)中只進(jìn)行了一次測(cè)量便得出結(jié)論，沒(méi)有進(jìn)行多次測(cè)量求平均值，實(shí)驗(yàn)誤差較大，只進(jìn)行一次測(cè)量不合理．

解答 解：
（1）①探究電流與電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)接入電路中，如圖所示：
；
②為了保護(hù)電路，閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)移到最大值F端；
③導(dǎo)體中電流與電壓和電阻有關(guān)，探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理，將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻后其電壓將增大，為使其電壓保護(hù)2V不變，需要增大變阻器分得電壓，故應(yīng)將滑片F(xiàn)端移動(dòng)，直到電壓表示數(shù)為2V為止．由此可知移動(dòng)滑片的作用是：調(diào)節(jié)定值電阻兩端電壓保持不變；
④串聯(lián)電路中電流處處相等，所以I_滑=I_ab，由I=$\frac{U}{R}$，
則：$\frac{U-{U}_{ab}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{ab}}{{R}_{ab}}$，當(dāng)ab間接入20Ω電阻時(shí)有：$\frac{4.5V-2V}{{R}_{滑}}$=$\frac{2V}{20Ω}$，
解得：R_滑=25Ω，
此時(shí)電路中電流：I=$\frac{{U}_{ab}}{{R}_{ab}}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，所以為了完成實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇30Ω 1A的滑動(dòng)變阻器；
（2）開(kāi)關(guān)閉合后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)卻變小，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是：電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)；
由圖知：電流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.3A，電阻阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω；
本實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行了一次測(cè)量，沒(méi)有進(jìn)行多次測(cè)量求平均值，測(cè)量結(jié)果存在較大誤差，所以將這個(gè)結(jié)果作為定值電阻的準(zhǔn)確阻值不合理．
故答案為：（1）①見(jiàn)上圖；②F；③F；調(diào)節(jié)定值電阻兩端電壓保持不變；④30Ω 1A；（2）10；不合理；沒(méi)有進(jìn)行多次測(cè)量求平均值．

點(diǎn)評(píng) （1）考查了探究電流跟電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，探究的方法是控制變量法；并且能夠根據(jù)題目數(shù)據(jù)選擇合適的滑動(dòng)變阻器，不但考慮滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的電流，也要考慮滑動(dòng)變阻器的電阻．電路電流不能超過(guò)滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的最大電流，滑動(dòng)變阻器最大電阻稍大于電路需要的電阻，這樣，滑動(dòng)變阻器既能滿足電路要求，也能使電路準(zhǔn)確獲得需要的數(shù)據(jù)．
（2）伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)，考查了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、電流表讀數(shù)、電阻的計(jì)算等，注意測(cè)定值電阻實(shí)驗(yàn)時(shí)為了減小誤差應(yīng)取多次測(cè)量的平均值．