Question

13．在探究“電流與電阻的關(guān)系”的實驗過程中，小明選擇了5Ω、10Ω、20Ω三個不同電阻進(jìn)行實驗，電路圖如圖甲所示，電源電壓保持6V不變．

（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線將圖乙中未完成的電路完成，且使變阻器滑片向右移動時電流表示數(shù)變大．（導(dǎo)線不能交叉）
（2）實驗中小明先把5Ω的電阻接入電路，閉合開關(guān)，把電流表的示數(shù)填在表一中，然后把5Ω的電阻換成10Ω、20Ω的電阻，將相應(yīng)的電流表示數(shù)也填在表一中．
表一

電阻R/Ω	5	10	20
電流I/A	0.4	0.3	0.2

表二

電阻R/Ω	5	10	20
電流I/A	0.4	0.2	0.1

小明的錯誤做法是沒有保持定值電阻兩端的電壓不變．
（3）改正錯誤后，小明記錄實驗數(shù)據(jù)如表二，分析表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比．
（4）結(jié)合表二中的數(shù)據(jù)可知，小明選用的滑動變阻器的最大阻值至少是40Ω．
（5）實驗中小明卻發(fā)現(xiàn)不用電流表，借助一個已知電阻R₀和一個單刀雙擲開關(guān)也能得出正確結(jié)論，他設(shè)計電路如圖丙所示，請你將小明的實驗過程補(bǔ)充完整．閉合開關(guān)S后：
①將單刀雙擲開關(guān)撥到1處，將滑片滑到某一位置，讀出電壓表的示數(shù)為U₁；
②將單刀雙擲開關(guān)撥到2處，保持滑片位置不動，讀出電壓表示數(shù)為U₂，則通過電阻R的電流I=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$．更換電阻R后，應(yīng)將單刀雙擲開關(guān)撥到1處，移動滑動變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為U₁，再重復(fù)上述的操作．

Answer 1

分析 （1）由圖甲，R與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測R兩端電壓，滑片向右移動時電流表示數(shù)變大，即電阻變��；
（2）在探究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，可分析電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的關(guān)系；
（4）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，用公式U=IR計算出導(dǎo)體兩端的電壓；根據(jù)串分壓的知識，當(dāng)定值電阻的阻值最大時，所需的滑動變阻器的阻值也最大，結(jié)合歐姆定律的知識計算得出；
（5）在沒有電流表的情況下，電流可以通過歐姆定律和串聯(lián)電路的電壓、電流規(guī)律間接得出．再控制好電阻兩端的電壓，同樣可以達(dá)到實驗的目的．

解答 解：
（1）該實驗中，電壓表測電阻R兩端電壓，滑動變阻器與R串聯(lián)，滑片向右移動時電流表示數(shù)變大，即變阻器的阻值變小，所以應(yīng)把變阻器右下角接線柱接入電路．如圖所示：

（2）在探究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)保持電阻兩端的電壓不變；
而實驗中，三次電阻兩端的電壓分別為：
U₁=I₁R₁=5Ω×0.4A=2V；U₂=I₂R₂=10Ω×0.3A=3V；U₃=I₃R₃=20Ω×0.2=4V；
可見，小明改換了電阻之后，并沒有控制電阻兩端的電壓不變，因此這一做法是錯誤的．
（3）改正錯誤后，分析表二數(shù)據(jù)可以得出：電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比；
（4）電壓表的示數(shù)保持不變，由表格中數(shù)據(jù)知，電阻兩端的電壓U_R=I₁R₁=5Ω×0.4A=2V；
根據(jù)串聯(lián)分壓知識可知，當(dāng)定值電阻的阻值最大為20Ω時，所需滑動變阻器的阻值最大，此時電路中電流最小為0.1A，
所以滑動變阻器的最大阻值至少為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-2V}{0.1A}$=40Ω．
（5）在沒有電流表的情況下，設(shè)計如圖丙的電路圖；
①將單刀雙擲開關(guān)撥到1處，此時電壓表測量的是電阻R兩端的電壓，將滑片滑到某一位置，讀出電壓表的示數(shù)為U₁；
②將單刀雙擲開關(guān)撥到2處，此時電壓表測量的是R和R₀兩端的總電壓，滑片位置不動，讀出電壓表示數(shù)為U₂，則通過電阻R的電流與電阻R₀的電流相同；
根據(jù)串聯(lián)分壓，R₀兩端的電壓為U₂-U₁，則串聯(lián)電路中的電流為：I=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$．
更換電阻R后，應(yīng)將單刀雙擲開關(guān)撥到1處，并保持R兩端的電壓不變，即應(yīng)該移動滑動變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)仍然為U₁，再重復(fù)上述的操作．
故答案為：（1）見上圖；
（2）沒有保持定值電阻兩端的電壓不變；
（3）電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比；
（4）40；
（5）將單刀雙擲開關(guān)撥到2處，保持滑片位置不動，讀出電壓表示數(shù)為U₂；$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$；U₁．

點評 探究電流與電阻關(guān)系實驗，應(yīng)采用控制變量法，即控制電阻兩端電壓不變．考查了電路連接、滑動變阻器的使用、電路故障的判斷和實驗的改進(jìn)等．綜合性強(qiáng)，有一定難度．