Question

同學們在做教材上的電學實驗時，發(fā)現(xiàn)2B、HB鉛筆芯的軟硬不同，其實驗效果亦不同．他們猜想鉛筆芯的電阻可能與其軟硬程度有關(guān)．于是同學們做實驗來檢驗其猜想是否正確．
（1）林清同學的設(shè)計思路如圖所示，請指出她設(shè)計中的錯誤和不足．
（2）偉鵬同學說：“不如直接用伏安法側(cè)量它們的電阻進行比較”．請你寫出他的實驗方案．要求：
①畫出電路圖；（鉛筆芯用“”表示）
②寫出實驗步驟；
③進行分析論證．
（3）偉鵬同學連接好電路，閉合開關(guān)，電流表指針幾乎不動，電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)．然后移動滑動變阻器的滑片，最終，他發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片，兩表指針均幾乎不動．請你指出電路的故障：________．
（4）在這個實驗中要移動滑動變阻器的滑片，請你說出這一操作的主要目的是什么？

Answer 1

解：（1）探究電阻大小跟材料的關(guān)系時，要保證鉛筆芯的長度和橫截面積相等，
因此該實驗的錯誤之處是：沒有控制變量，應保證兩支鉛筆芯的長短粗細相同不足；
不足：先后兩次觀察比較燈的亮度不如同時觀察比較燈的亮度更直觀、更明顯（或若阻值相近，燈的亮度變化不明顯，或通過視覺判斷燈的亮度不可靠）；
（2）①電流表與鉛筆芯串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在鉛筆芯兩端，滑動變阻器串聯(lián)在電路中，開關(guān)串聯(lián)在電路中，然后與電源、開關(guān)組成電路，如下圖所示：

②實驗步驟：A、按照電路圖連接實物圖電路，取長度和橫截面積相同的2B和HB鉛筆芯分別接入A、B間；
B、閉合開關(guān)S，分別讀出電壓表和電流表的示數(shù)為U和I；
C、根據(jù)R=，計算2B和HB鉛筆芯的電阻值，并進行比較；
③進行分析論證：若2B和HB鉛筆芯的電阻值相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度無關(guān)；
若2B和HB鉛筆芯的電阻值不相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度有關(guān)；
（3）閉合開關(guān)，電流表指針幾乎不動，電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)，無論怎樣移動滑片兩表指針均幾乎不動說明電壓表并聯(lián)的部分斷路即鉛筆芯與導線接觸不良等；
（4）在這個實驗中要移動滑動變阻器的滑片的主要目的是：改變鉛筆芯電阻兩端的電壓達到測量減小誤差的目的．
故答案為：
（1）錯誤之處是：沒有控制變量，應保證兩支鉛筆芯的長短粗細相同不足；
不足：先后兩次觀察比較燈的亮度不如同時觀察比較燈的亮度更直觀、更明顯（或若阻值相近，燈的亮度變化不明顯，或通過視覺判斷燈的亮度不可靠）；
（2）①如上圖所示；
②實驗步驟：A、按照電路圖連接實物圖電路，取長度和橫截面積相同的2B和HB鉛筆芯分別接入A、B間；
B、閉合開關(guān)S，分別讀出電壓表和電流表的示數(shù)為U和I；
C、根據(jù)R=，計算2B和HB鉛筆芯的電阻值，并進行比較；
③進行分析論證：若2B和HB鉛筆芯的電阻值相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度無關(guān)；
若2B和HB鉛筆芯的電阻值不相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度有關(guān)；
（3）鉛筆芯與導線接觸不良等（合理即可）；
（4）改變鉛筆芯電阻兩端的電壓達到測量減小誤差的目的．
分析：（1）影響電阻的因素有：導體長度、橫截面積、材料、溫度，實驗探究時應采用控制變量法，在研究導體的電阻與導體硬度的關(guān)系時，需選擇材料、橫截面積、長度都相同，硬度不同材料的鉛筆進行實驗；
（2）①伏安法測電阻是指：用并聯(lián)在鉛筆芯兩端的電壓表測電壓，用與鉛筆芯串聯(lián)的電流表測電流，保護電路和改變鉛筆芯兩端電壓的滑動變阻器串聯(lián)在電路中，然后與電源、開關(guān)組成電路；
②按電路圖連接實物圖，分別測量2B、HB鉛筆芯的電阻；
③進行比較，如果電阻相等與鉛筆芯的硬度無關(guān)，如果不相等與鉛筆芯的硬度有關(guān)；
（3）電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)說明電壓表兩接線柱與電源正負極之間是通路，怎樣移動滑動變阻器電流表指針幾乎不動說明電路斷路，即電壓表并聯(lián)的部分斷路；
（4）滑動變阻器的作用：一是可以保護電路，二是改變鉛筆芯兩端的電壓達到多次測量減小誤差的目的．
點評：本題考查了實驗電路圖、實驗步驟、實驗的評估的設(shè)計以及電路故障的判斷和本實驗中滑動變阻器的作用，知道影響電阻大小的因素并會根據(jù)控制變量法評估實驗是解決本題的關(guān)鍵．