Question

15．在“探究電流與電壓的關(guān)系”實驗中，提供的器材有：電源（電壓4.5V且不變），小燈泡（標(biāo)有“2.5V 0.3A”），定值電阻R（阻值為10Ω），滑動變阻器R₀（標(biāo)有“50Ω 1A”），學(xué)生用雙量程電流表和電壓表，導(dǎo)線若干．
（1）實驗小組經(jīng)過相互討論，完成了該實驗方案的三次設(shè)計．由甲圖到乙圖，改進的理由是小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大；接著小組再優(yōu)化電路設(shè)計，由圖乙到圖丙．
（2）如圖丙，實驗中，如果出現(xiàn)了電流表示數(shù)為0，電壓表示數(shù)接近4.5V，電路發(fā)生的故障可能是電阻R斷路．
（3）故障排除重新連接后，接著在圖丙所示的電路中，閉合開關(guān)S，移動變阻器滑片P到某位置時，發(fā)現(xiàn)兩電表中某一個表的指針達到滿刻度，如圖丁或戊所示．此時電流表的示數(shù)為0.3A，電壓表的示數(shù)為3V．
（4）多次調(diào)解滑動變阻器，測出通過電阻R的電流和對應(yīng)的電壓值，如表所示，分析數(shù)據(jù)可以得到結(jié)論：在電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比．

電壓U/V	1.5	2.0	2.5	3.0
電流I/A	0.15	0.20	0.25	0.30

（5）小明最后用圖丙電路“探究電流與電阻的關(guān)系”，當(dāng)定值電阻為10Ω時，對應(yīng)的電流表示數(shù)為0.15A，接著為了測量更多組數(shù)據(jù)，又提供了15Ω、20Ω、25Ω、30Ω定值電阻各一個，其中30Ω定值電阻不能接入電路．

Answer 1

分析 （1）“探究電流與電壓”實驗，采用的研究方法是控制變量法．需要控制的物理量是電阻，變化的物理量是電壓；
（2）電流表示數(shù)為0，說明電路中有斷路，電壓表示數(shù)接近4.5V，說明電壓表和電源連接的部分電路無斷路；
（3）根據(jù)歐姆定律進行分析解答；
（4）分析表格中數(shù)據(jù)，得出電流和電壓的正比例關(guān)系；
（5）根據(jù)串聯(lián)分壓特點進行分析解答．

解答 解：（1）研究電流與電壓的關(guān)系，必須保持電阻值一定．小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大，如果兩端電壓發(fā)生改變，不僅電流發(fā)生變化，燈絲阻值也會改變，要保持電阻不變，應(yīng)該使用定值電阻；
（2）電流表的示數(shù)為零說明電路中有斷路，再根據(jù)電壓表的示數(shù)判斷出電路故障．電壓表示數(shù)為3V等于電源電壓，說明電壓表的兩個接線柱和電源連接的部分沒有斷路，所以故障是電阻斷路了；
（3）若電流表滿刻度，則電路總電阻為R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{4.5V}{0.6A}$=7.5Ω＜10Ω，故電流表滿刻度不可能，應(yīng)是電壓表滿刻度，由于電源電壓為4.5V，故電壓表示數(shù)為3V；此時電流表的示數(shù)為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A；
（4）分析表中數(shù)據(jù)可知，電阻R一定，R兩端的電壓U變?yōu)樵瓉淼膸妆�，電流I也隨之變?yōu)樵瓉淼膸妆叮�故可得出結(jié)論：在電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比；
（5）電阻兩端的電壓U=IR=0.15A×10Ω=1.5V，則滑動變阻器兩端的電壓為4.5V-1.5V=3V，根據(jù)串聯(lián)分壓特點可知，$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，則$\frac{1.5V}{3V}$=$\frac{{R}_{1}}{50Ω}$，解得：R₁=25Ω，故30Ω定值電阻不能接入電路．
故答案為：（1）小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大；（2）電阻R斷路；（3）0.3A；3V；（4）在電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比；（5）30Ω．

點評 探究電流跟電阻關(guān)系的實驗中，為了保持電阻兩端的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路的特點和歐姆定律得出定值電阻R與滑動變阻器連入電路的電阻阻值關(guān)系．