Question

15．寶寶和明明同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小級(jí)實(shí)驗(yàn)，探究“導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系”．
【器材】電源（電壓恒為3V），電流表、電壓表各一只，開(kāi)關(guān)一個(gè)，三個(gè)定值電阻（5Ω、10Ω、20Ω），兩個(gè)滑動(dòng)變阻器（甲：10Ω 2A 乙：20Ω 1A），導(dǎo)線若干．
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃】
（1）同學(xué)們完成了實(shí)驗(yàn)方案的三個(gè)設(shè)計(jì)．由圖甲到圖乙，改進(jìn)的理由是保持被測(cè)電阻不變；由圖乙到圖丙，改進(jìn)的理由是改變電壓，多次測(cè)量．
（2）實(shí)驗(yàn)中兩位同學(xué)商定電壓表的示數(shù)保持2V不變，連接的實(shí)物電路如圖所示，請(qǐng)你為他們選定一個(gè)合適的滑動(dòng)變阻器：乙（填“甲”或“乙”）．
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)】
（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線把滑動(dòng)變阻器正確接入電路中．
（2）寶寶同學(xué)選用5Ω的電阻完成了實(shí)驗(yàn)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)．明明同學(xué)選用10Ω的電阻重新組裝電路后，滑動(dòng)變阻器的滑片沒(méi)動(dòng)的情況下，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)大于（填“大于”“小于”或“等于”）2V，此時(shí)他應(yīng)該移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，并讀數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)．

Answer 1

分析 【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃】
（1）研究“電流與電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，要控制電阻不變，小燈泡的電阻隨溫度的變化而變化；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為了避免實(shí)驗(yàn)結(jié)論的偶然性，要多做幾次實(shí)驗(yàn)；
（2）探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端電壓，根據(jù)歐姆定律可知電阻越大電流越小，求出接入不同電阻時(shí)的最小電流，再根據(jù)歐姆定律的變形公式求出滑動(dòng)變阻器接入電路的最大阻值．
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)】
（1）滑動(dòng)變阻器應(yīng)該串聯(lián)在電路中，且接法是一上一下；
（2）先分析電路中總電阻的變化，再分析電路中電流的改變以及滑動(dòng)變阻器兩端電壓的變化，然后根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)確定電壓表示數(shù)的變化；

解答 解：【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃】
（1）圖甲中使用的是小燈泡，它的電阻隨溫度的變化而變化；而本實(shí)驗(yàn)中要控制電阻不變，所以應(yīng)該換成一個(gè)定值電阻來(lái)做實(shí)驗(yàn)，保持電阻不變；
圖丙比圖乙增加了滑動(dòng)變阻器，能夠改變電阻兩端的電壓，多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，避免實(shí)驗(yàn)結(jié)論的偶然性；
（2）由歐姆定律的可知，電壓一定時(shí)，電阻越大，電流越小，因此當(dāng)接入電路中的電阻為20Ω時(shí)，電路中的電流是：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大；
為了保持定值電阻兩端電壓為2V不變，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為：3V-2V=1V；故滑動(dòng)變阻器有效電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω．只有此時(shí)中滑動(dòng)變阻器的最大阻值大于10Ω，故選乙；
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)】
（1）滑動(dòng)變阻器應(yīng)該串聯(lián)在電路中，且接法是一上一下；如下圖：

（2）滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，當(dāng)用10Ω的定值電阻代替5Ω的定值電阻時(shí)，電路中的總電阻變大，
據(jù)I=$\frac{U}{R}$，所以電路中的電流變小，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓變小，
據(jù)串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
故定值電阻兩端的電壓變大，即電壓表的示數(shù)大于2V，
據(jù)串聯(lián)電路中電阻越大分得的電壓越大，
所以為使兩端的電壓保持2V不變，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻．
故答案為：【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃】（1）保持被測(cè)電阻不變；改變電壓，多次測(cè)量；（2）乙；【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)】
（1）見(jiàn)上圖；（2）大于；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片．

點(diǎn)評(píng) 此題主要考查的是學(xué)生對(duì)控制變量法、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和串聯(lián)分壓特點(diǎn)的理解和掌握，根據(jù)串聯(lián)時(shí)分壓關(guān)系知道當(dāng)一個(gè)電阻阻值減小時(shí)，其兩端的電壓也減小是本題關(guān)鍵．