Question

3．在探究“導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，小明猜想導(dǎo)體中的電流還與導(dǎo)體的電阻有關(guān)，于是小明設(shè)計(jì)了如下探究實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)室可供選擇的器材如下：6V穩(wěn)壓電源、“30Ω 1A”滑動(dòng)變阻器、電流表、電壓表、開關(guān)各一個(gè)；5Ω、10Ω、15Ω、20Ω定值電阻各一個(gè)；導(dǎo)線若干．
（1）甲圖是小明為探究“導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”所連接的部分實(shí)驗(yàn)電路，請(qǐng)將圖甲中的實(shí)物電路連接完整，導(dǎo)線不許交叉．
（2）在此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該控制的物理量是電阻，需要改變的物理量是導(dǎo)體兩端電壓．
（3）若要探究“導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻”的關(guān)系，小明將5Ω的換成10Ω的電阻后，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向左端移動(dòng)．
（4）本實(shí)驗(yàn)要保持電阻兩端電壓相同，但如果控制電壓不合理將無法完成此探究實(shí)驗(yàn)．那么小明要完成此探究實(shí)驗(yàn)，他應(yīng)該將電壓控制在2.4V至5V范圍之內(nèi)．
（5）若小明使用某個(gè)電阻做實(shí)驗(yàn)時(shí)，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，電壓表的示數(shù)是6V，則電路故障可能是定值電阻斷路（電路只有一處故障）．
（6）正確操作后小明畫出了如圖乙所示的I、R圖象，由圖象可以得出的結(jié)論是：電壓一定，電流和電壓成反比．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，接線時(shí)一上一下；電壓表并聯(lián)在被測電路兩端，由此連線；
（2）要探究“導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”需要保持電阻一定，改變導(dǎo)體兩端電壓；
（3）要探究“導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻”的關(guān)系，需要保持電壓一定，改變電阻大小，分析改變電阻后電壓表示數(shù)變化，分析滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)；
（4）根據(jù)滑動(dòng)變阻器的規(guī)格，電路中的最大電流為1A，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為60Ω，根據(jù)串聯(lián)電路的知識(shí)結(jié)合歐姆定律計(jì)算電阻兩端的電壓范圍；
（5）電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電路斷路，電壓表有偏轉(zhuǎn)示數(shù)為電源電壓，電壓表與電源接通，與電壓表并聯(lián)的電路斷路；
（6）分析圖象的，得出電流和電阻的關(guān)系：電壓一定，電流和電壓成反比．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，接線時(shí)一上一下；電壓表并聯(lián)在被測電路兩端，由此連線；

（2）要探究“導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”需要保持電阻一定，改變導(dǎo)體兩端電壓；
（3）拆下阻值為5Ω的電阻改換成阻值為10Ω的電阻，則電路中的電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知電路中的電流變小，變阻器兩端的電壓減小，由于電源電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知：10Ω電阻兩端的電壓變大，即電壓表示數(shù)變大；
探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制電阻兩端電壓不變，用10Ω電阻替換5Ω電阻時(shí)，10Ω電阻兩端的電壓變大所以應(yīng)將滑片向左移動(dòng)；
（4）由滑動(dòng)變阻器的規(guī)格知，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為30Ω，允許通過的最大電流為1A；
根據(jù)串分壓的知識(shí)，當(dāng)電阻的阻值為20Ω時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值需要的最大，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為30Ω時(shí)，便是電阻兩端的最小電壓，
根據(jù)串分壓的知識(shí)：
R：R_滑=U_R：U_滑
$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$=$\frac{20Ω}{30Ω}$=$\frac{2}{3}$，此時(shí)電阻兩端的電壓為6V×$\frac{2}{2+3}$=2.4V；
電路中的最大電流為1A，當(dāng)電阻為5Ω時(shí)，電路中的電流最大，則
U_大=IR=1A×5Ω=5V；
所以本實(shí)驗(yàn)中電壓表控制不變的電壓值應(yīng)該在2.4V到5V之間．
（5）連好電路，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，但電壓表有示數(shù)并等于電源電壓，說明在電壓表兩接線柱之間的電路是斷路，所以出現(xiàn)故障的原因是定值電阻斷路；
（6）由圖象知，電壓一定，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體電阻成反比．
故答案為：（1）如上圖；
（2）電阻；導(dǎo)體兩端電壓；
（3）左；
（4）2.4；5；
（5）定值電阻斷路；
（6）電壓一定，電流和電壓成反比．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究電流和電壓、電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，考查了電路圖的畫法，滑動(dòng)變阻器的使用這是電學(xué)三個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)之一，所涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，是中考電學(xué)實(shí)驗(yàn)中較為重要的實(shí)驗(yàn)．