Question

6．【探究名稱】探究電阻上的電流跟兩端電壓的關系
【提出問題】老師在學生們連接的簡單的電路中接入了一個“神秘盒”后，如圖1所示，閉合開關，小燈泡變得更亮了，接著老師又對盒內的某個元件進行操作后燈卻慢慢變暗了．針對此現(xiàn)象小明想小燈泡先變得更亮是因為老師在“神秘小盒”內接有電源，小燈泡后來變暗則是老師對盒內的滑動變阻器進行了操作，才使得小燈泡中的電流發(fā)生了變化．于是他想：電路中的電流受電壓和電阻的影響，那么電流與電壓、電阻究竟有什么樣的關系呢？
【進行猜想】在老師的啟發(fā)和引導下，同學們作出了如下兩個猜想：
猜想一：導體中的電流可能與導體兩端的電壓成正比．
猜想二：導體中的電流可能與導體的電阻成反比．

【設計并進行實驗】
為了探究導體中的電流與導體兩端電壓的關系，應控制電阻不變．小宇利用如圖2所示的電路，通過改變干電池節(jié)數(shù)的辦法獲得多組數(shù)據(jù)．小杰利用圖3所示的電路通過調節(jié)滑動變阻器的滑片也獲得了多組數(shù)據(jù)如下表所示．

R1=5Ω			R2=10Ω			R3=20Ω
實驗 序號	電壓 U/V	電流 I/A	實驗 序號	電壓U/V	電流 I/A	實驗 序號	電壓 U/V	電流 I/A
1	1	0.20	4	1	0.10	7	1	0.05
2	2	0.40	5	2	0.20	8	2	0.10
3	3	0.60	6	3	0.30	9	3	0.15

【分析與論證】略
【評估】（1）小宇與小杰的方案相比，小杰方案好些，原因是操作簡單．（寫出一點即可）
（2）小杰利用三個電阻分別進行三次實驗的目的是為了尋找普遍規(guī)律．
（3）圖4甲是小杰利用電阻R₂（選填R₁、R₂或R₃）的實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象；乙是利用上表中實驗序號2、5、8的數(shù)據(jù)畫出的圖象．

Answer 1

分析 【提出問題】
在不同的電源電壓下，同一個小燈泡的功率不同，亮度不同；
根據(jù)滑動變阻器可以改變電路中電流的大小，同時可以改變燈泡的明暗程度；
【設計并進行實驗】
當探究導體中的電流與導體兩端電壓的關系時，需控制導體的電阻不變；
【評估】
（1）在選擇方案時，注意多次測量，可以準確找出規(guī)律，一次測量的實驗具有偶然性，同時還要考慮操作是否簡單；
（2）多次測量的作用有兩種，一是減小誤差，二是尋找規(guī)律，根據(jù)題意選出符合題意的目的；
（3）從圖中讀出一組電壓和電流值，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$求出其阻值，然后即可得出結果；
從圖乙中可以看出該圖象時電流與電阻的關系圖象，則電壓一定為電阻，從圖中讀出一組電流和電阻值，根據(jù)U=IR即可求出電阻兩端電壓值，然后根據(jù)表中電壓值即可得出正確結果．

解答 解：【提出問題】
同一個小燈泡，電源電壓越高，燈泡越亮，所以在如圖1所示的電路中接入了一個“神秘盒”后，小燈泡變亮了，是因為老師在“神秘小盒”內接有電源；
接著老師對盒內的某個元件進行操作后燈卻變暗了，而滑動變阻器可以改變電路中電流的大小，因此“神秘盒”內放有滑動變阻器，燈泡變暗，是因為將改變了滑動變阻器滑片的位置，使滑動變阻器接入電路中的電阻變大．
【設計并進行實驗】
導體中的電流與導體兩端的電壓和導體的電阻有關，根據(jù)控制變量法可知，
當探究導體中的電流與導體兩端電壓的關系時，需控制電阻不變．
【評估】
（1）小杰同學在電路中串聯(lián)了一個滑動變阻器，可以方便的利用改變滑動變阻器接入電路的阻值進行多次測量，
而小宇同學需要一直更換電源才能做到多次測量，比較麻煩，因此小杰的方案好些，主要是因為操作簡單．
（2）本實驗中，測量多組數(shù)據(jù)的目的是避免偶然性得出普遍適用的電流與電阻之間的規(guī)律，所以小杰利用三個電阻分別進行三次實驗的目的是為了尋找規(guī)律．
（3）從圖4甲中可以看出，當電阻兩端電壓為3V時，通過的電流為0.3A，因此電阻的阻值為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，故圖4甲是小杰利用電阻R₂的實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象．
從圖4乙中可以看出，當導體的電阻為5Ω時，通過的電流為0.4A，則電阻兩端的電壓為U=IR=0.4A×5Ω=2V，因此所選的實驗次數(shù)為2、5、8．
故答案為：【提出問題】電源；滑動變阻器；
【設計并進行實驗】電阻；
【評估】（1）小杰；操作簡單；（2）為了尋找普遍規(guī)律；（3）R₂；2、5、8．

點評 本題考查物理實驗常用的方法--控制變量法以及觀察圖象的能力，做題時可以根據(jù)已有物理知識--歐姆定律去分析解答，同時又涉及了實驗操作和實驗中多次測量的目的等知識，考查的比較全面，是一道完整的科學探究題．