Question

13．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（0～999.9Ω）、滑動(dòng)變阻器（40Ω 2A）、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干．
①用筆線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，按電路圖將實(shí)物圖連成實(shí)驗(yàn)電路．
②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)表一．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．
表一

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓/V	電流/A
1	1.0	0.2
2	1.5	0.3
3	2.0	0.4

表二

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電阻/Ω	電流/A
1	5	0.4
2	10	0.2
3	20	0.1

③探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)電阻箱改變接入電路中的阻值，并調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表的示數(shù)保持相同，讀出電流值，所測(cè)得幾組數(shù)據(jù)見(jiàn)表二．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．
④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3V，為能完成實(shí)驗(yàn)，電阻箱可接入電路的阻值范圍是5Ω至40Ω（保留一位小數(shù)）．

Answer 1

分析 ①探究電流與電壓的關(guān)系，要保持電阻不變，改變電阻兩端的電壓，電路中滑動(dòng)變阻器、電流表與電阻串聯(lián)，電壓表與電阻并聯(lián)；
②根據(jù)表一中電流和電壓的數(shù)值，利用R=$\frac{U}{I}$求出電阻箱接入電路的阻值；
根據(jù)表一中的數(shù)據(jù)可知電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與其兩端的電壓成正比；
③探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，需調(diào)節(jié)電阻箱來(lái)改變其連入電路中的阻值大小，再調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器保證電阻兩端的電壓不變；
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；根據(jù)表二中的數(shù)據(jù)可知電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與其電阻成反比；
④先判斷當(dāng)電路中電流最大時(shí)，電阻箱接入電路的阻值最��；當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值最大時(shí)，電阻箱接入電路的阻值最大．
分別利用歐姆定律的基本公式及其變形公式進(jìn)行解答．

解答 解：①電路中滑動(dòng)變阻器、電流表與電阻串聯(lián)，電壓表與電阻并聯(lián)，如下圖：

②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，R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.0V}{0.2A}$=5Ω；
分析得，電阻不變，電壓增大為原來(lái)的幾倍，電流就增大為原來(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；
③此實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)電阻箱來(lái)改變接入電路中的電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電阻兩端的電壓不變；
由表二中第一組數(shù)據(jù)知，U=IR=0.4A×5Ω=2V；
分析數(shù)據(jù)得，電壓不變，導(dǎo)體的電阻增大為原來(lái)的幾倍，電流就減小為原來(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；
④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；
當(dāng)滑動(dòng)變阻器電阻為40Ω時(shí)，便是電阻箱可接的最大電阻．
因?yàn)殡娮柘鋬啥说碾妷簽?V，所以R_最小=$\frac{U}{{I}_{最大}}$=$\frac{3V}{0.6A}$=5Ω；
而電流表的示數(shù)不能超過(guò)0.6A，所以滑動(dòng)變阻器的最小阻值為5Ω；
若滑動(dòng)變阻器的電阻為40Ω，則電路中電流最小，I_最小=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{6V-3V}{40Ω}$=0.075A
所以R_最大=$\frac{U}{{I}_{最小}}$=$\frac{3V}{0.075A}$=40Ω．
故答案為：①實(shí)物連接如上圖；②5；正比；
③電阻箱；滑動(dòng)變阻器；2；反比；
④5；40．

點(diǎn)評(píng) 此題是探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系，分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用歐姆定律即可正確解題．注意控制變量法在此實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，滑動(dòng)變阻器在此實(shí)驗(yàn)中的作用也是相當(dāng)重要的．
本題的難點(diǎn)是弄清什么時(shí)候是電阻箱的最小值，什么時(shí)候是電阻箱的最大值．