Question

2．如圖所示是“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”的電路圖．所用實(shí)驗(yàn)器材是：電源（6V）、電流表（0～0.6A）、電壓表（0～3V）、電阻箱（0～9999Ω）、滑動(dòng)變阻器（40Ω 2A）、開關(guān)、導(dǎo)線若干．
（1）探究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，所測(cè)得的幾組電流、電壓值見(jiàn)表1．分析表中數(shù)據(jù)可知：電阻箱接入電路的阻值為5Ω；當(dāng)導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比關(guān)系．
表1

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓U/V	電流I/A
1	1.0	0.20
2	1.5	0.30
3	2.0	0.40

表2

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電阻R/Ω	電流I/A
1	5	0.40
2	10	0.20
3	20	0.10

（2）探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)電阻箱的旋鈕改變接入電路中的阻值，并調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)保持相同，讀出電流值，所測(cè)得幾組數(shù)據(jù)見(jiàn)表2．分析表中數(shù)據(jù)可知：電阻箱兩端的電壓為2V；當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比關(guān)系．
（3）就本實(shí)驗(yàn)所用器材，在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，若保持電阻箱兩端的電壓為2V，滑動(dòng)變阻器與定值電阻消耗的電功率之比是2：1．為能完成實(shí)驗(yàn)，電阻箱可接入電路的阻值范圍是3.3Ω至20Ω（保留一位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)表一中電流和電壓的數(shù)值，利用歐姆定律的變形公式求出電阻箱接入電路的阻值；
縱向比較表一中的數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
（2）根據(jù)控制變量法，探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制電壓表示數(shù)不變，改變電阻的大小，記錄對(duì)應(yīng)的電流大小，據(jù)此分析回答；
根據(jù)歐姆定律的變形公式和表二中的數(shù)據(jù)，求出電阻箱兩端的電壓；
縱向分析表二中的數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
（3）根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律結(jié)合P=UI求電功率之比；
先判斷當(dāng)電路中電流最大時(shí)，電阻箱接入電路的最小阻值；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，根據(jù)分壓原理，分析討論當(dāng)電壓表示數(shù)不變時(shí)，電阻箱連入電路中的電阻隨滑動(dòng)變阻器的阻值的變化關(guān)系，從而得出電阻箱接入電路的最大阻值．

解答 解：（1）探究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要保持電阻值不變，根據(jù)第一組數(shù)據(jù)知，由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，電阻箱接入電路的阻值為：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.0V}{0.2A}$=5Ω；
縱向分析表一數(shù)據(jù)得，電阻不變，電壓為原來(lái)的幾倍，電流就為原來(lái)的幾倍，可得當(dāng)導(dǎo)體的電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比；
（2）探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制電壓表示數(shù)不變，改變電阻的大小，記錄對(duì)應(yīng)的電流大小，
此實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)電阻箱的旋鈕來(lái)改變接入電路中的電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電阻兩端的電壓不變；
由第一組數(shù)據(jù)知，U=IR=0.4A×5Ω=2V；
縱向分析表二數(shù)據(jù)得，電壓不變，導(dǎo)體的電阻為原來(lái)的幾倍，電流為原來(lái)的幾分之一，可得：當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比；
（3）在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，若保持電阻箱兩端的電壓為U_表=2V，
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U_表=6V-2V=4V，根據(jù)串聯(lián)電路各處的電流都相等，由P=UI，
滑動(dòng)變阻器與定值電阻消耗的電功率之比，等于對(duì)應(yīng)的電壓之比，
即U_滑：U_表=4V：2V=2：1；
因?yàn)殡娮柘鋬啥说碾妷簽?V，所以R_最小=$\frac{U}{{I}_{最大}}=\frac{2V}{0.6A}$≈3.3Ω；
而電流表的示數(shù)不能超過(guò)0.6A，所以滑動(dòng)變阻器的阻值為5Ω；
根據(jù)題意，電流表的量程為0～0.6A，所以當(dāng)電流表的示數(shù)為0.6A時(shí)，便是電阻箱的最小阻值；
根據(jù)分壓原理，電壓的分配與電阻成正比，
$\frac{{U}_{表}}{{R}_{定}}=\frac{U{-U}_{表}}{{R}_{滑}}$，即$\frac{6V{-U}_{表}}{{U}_{表}}=\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，
整理得：$\frac{6V}{{U}_{表}}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$------①，
因U_表保持不變，由①式知，因方程左邊為定值，電阻箱連入電路中的電阻隨變阻器連入電路中的電阻變大而變大，當(dāng)變阻器的最大電阻40Ω連入電路時(shí)，電阻箱連入電路中的電阻最大，
將已知量代入①式得：
$\frac{6V}{2V}$-1=$\frac{40Ω}{{R}_{定大}}$，故R_定大=20Ω，
即為能完成實(shí)驗(yàn)，電阻箱可接入電路的阻值范圍是3.3Ω至20Ω．
故答案為：（1）5；正比；
（2）電阻箱的旋鈕；滑動(dòng)變阻器的滑片；2；反比；
（3）2：1；3.3；20．

點(diǎn)評(píng) 此題探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系，考查分析數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力、控制變量法的應(yīng)用、及串聯(lián)電路的規(guī)律、歐姆定律、電功率公式的靈活運(yùn)用，為實(shí)驗(yàn)的壓軸題，難度較大．