Question

6．為了探究電流跟電壓、電阻的關(guān)系，小剛同學(xué)設(shè)計(jì)了圖甲所示的電路．

（1）請(qǐng)根據(jù)電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線將圖乙中未連成完整的電路連接起來(lái)（導(dǎo)線不能交叉）．
（2）若電路元件完好，但小剛連完最后一根導(dǎo)線后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且指針總在晃動(dòng)，造成上述現(xiàn)象的原因分別是連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)沒(méi)有斷開(kāi)；電路某處連線接觸不良．
（3）排除故障后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2V，讀取并記下電流值；再將5Ω的電阻改接成10Ω的電阻，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)大于2V，于是他下一步的操作是：將滑動(dòng)變阻器的滑片向右（選填“左”或“右”）滑動(dòng)，使電壓表示數(shù)為2V，并記下電流值．
（4）小剛在實(shí)驗(yàn)中國(guó)，當(dāng)換上15Ω的定值電阻時(shí)，無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片，電壓表示數(shù)都不能回到2V，此現(xiàn)象的解決辦法是換一個(gè)最大阻值大一點(diǎn)的變阻器繼續(xù)實(shí)驗(yàn)（或在第一次接入5Ω的定電阻時(shí)，移動(dòng)滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V或降低電源電壓，合理即可）．
（5）探究電流與電壓關(guān)系時(shí)，小剛把測(cè)的數(shù)據(jù)記錄在下表中，分析表中數(shù)據(jù)，得到的結(jié)論是電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比．

次序	1	2	3
電壓/V	1.0	1.5	2.0
電流/V	0.10	0.15	0.20

Answer 1

分析 （1）由表中數(shù)據(jù)確定電壓表的量程，將電流表與電阻串聯(lián)，將電壓表并聯(lián)在電阻的兩端；
（2）為保護(hù)電路，連接電路時(shí)，開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)；指針總在晃動(dòng)，即電流大小在變化，說(shuō)明電路某處接觸不良；
（3）研究電流跟電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；
（4）根據(jù)分壓原理，電壓的分配與電阻成正比，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)等式進(jìn)行變形，并分3種情況討論：a、電源電壓不變，電壓表示數(shù)不變時(shí)，對(duì)變阻器的要求；b、電源電壓不變，不更換變阻器的條件下，對(duì)電壓表的示數(shù)的要求；c、不更換變阻器，也不改變電壓表的示數(shù)，對(duì)電源電壓的要求；
（5）分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論．

解答 解：（1）由表中數(shù)據(jù)，電壓表均選用小量程，選將電流表與電阻串聯(lián)，再將電壓表并聯(lián)在電阻的兩端，如下圖所示：

（2）連接電路的過(guò)程中應(yīng)該斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，檢查無(wú)誤后方可閉合開(kāi)關(guān)；小剛連完最后一根導(dǎo)線后就發(fā)現(xiàn)兩個(gè)表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)是閉合的，指針總在晃動(dòng)，說(shuō)明某處接觸不良．
（3）將5Ω的電阻改接成10Ω的電阻，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)大于2V，因研究電流跟電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)增大變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，變阻器連入電路中的電阻應(yīng)變大，即將滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)，直到電壓表示數(shù)為2V；
（4）變阻器與定值電阻串聯(lián)，根據(jù)分壓原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}=\frac{{R}_{滑}}{R}$，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律有：$\frac{U{-U}_{R}}{{U}_{R}}=\frac{U}{{U}_{R}}-1=\frac{{R}_{滑}}{R}$…①，因電源電壓U為定值，電阻的電壓U_R=2V保持不變，所以$\frac{{R}_{滑}}{R}$也為定值，故當(dāng)換上較大的定值電阻R時(shí)，為保持電壓表示數(shù)不變，滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻也應(yīng)增大，所以小剛在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)換上15Ω的定值電阻時(shí)，無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片，電壓表示數(shù)都不能回到2V，是因原來(lái)變阻器的最大電阻小的原因，所以此現(xiàn)象的解決辦法是換一個(gè)最大阻值大一點(diǎn)的變阻器繼續(xù)實(shí)驗(yàn)；
由①知，當(dāng)定值電阻R增大時(shí)，如不更換變阻器，則$\frac{{R}_{滑}}{R}$變小，等式左邊也變小，$\frac{U}{{U}_{R}}$變小，可以采取兩種辦法，一是電源電壓U不變，適當(dāng)增大電壓表的示數(shù)（定值電阻的電壓）；二是保持電壓表示數(shù)（定值電阻的電壓）不變，適當(dāng)降低電源電壓U；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓為原來(lái)的幾倍時(shí)，通過(guò)的電流變?yōu)樵瓉?lái)的幾倍，所以得出的結(jié)論是：電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)沒(méi)有斷開(kāi)；電路某處連線接觸不良．
（3）右；電壓表示數(shù)為2V
（4）換一個(gè)最大阻值大一點(diǎn)的變阻器繼續(xù)實(shí)驗(yàn)（或在第一次接入5Ω的定電阻時(shí)，移動(dòng)滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V或降低電源電壓，合理即可）
（5）電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比．

點(diǎn)評(píng) 本題探究電流跟電壓、電阻的關(guān)系，考查電路的連接、控制變量法的運(yùn)用、反�，F(xiàn)象的分析、操作過(guò)程、分析數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力及實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題靈活分析解決的能力和分類討論的能力，綜合性強(qiáng)，難度大，對(duì)能力要求高，是一道好題．