Question

15．小明探究電流與電壓的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)前他猜想：通過(guò)導(dǎo)體的電流可能與其兩端的電壓成正比，為此，他利用電阻箱代替定值電阻設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路，已知電源電壓恒為6V，電阻箱R₁規(guī)格“0～999.9Ω”，滑動(dòng)變阻器R₂的規(guī)格“100Ω 1A”．

（1）圖乙是小明連接的實(shí)物電路，請(qǐng)?jiān)趫D中補(bǔ)畫一根導(dǎo)線，使之成為完整實(shí)驗(yàn)電路，要求：滑片P向右移動(dòng)時(shí)，R₂接入電路的電阻變大．
（2）正確連接電路后，調(diào)節(jié)兩變阻器的阻值至最大并閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)兩電表示數(shù)均為零，則電路故障可能為D．
A．R₁短路 B．R₁斷路 C．R₂短路 D．R₂斷路
（3）排除故障后，他調(diào)節(jié)R₁和R₂的阻值，進(jìn)行了第一次實(shí)驗(yàn)，兩電表的示數(shù)如圖丙所示，則對(duì)應(yīng)的電壓、電流值分別為3V、0.3A．

（4）接著他保持開關(guān)閉合及R₂的滑片位置不動(dòng)，調(diào)節(jié)R₁的阻值，又測(cè)得了三組數(shù)據(jù)，如表．他分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)R₁的電流與其兩端的電壓不能正比，請(qǐng)指出他在操作中存在的問(wèn)題：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	電壓U/V	電流I/A
1
2	4.0	0.20
3	4.5	0.15
4	5.0	0.10

①開關(guān)閉合時(shí)連接電路；②調(diào)節(jié)R₁的阻值．
（5）正在小明準(zhǔn)備重新實(shí)驗(yàn)時(shí)，同組的小華巧妙處理了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出了某個(gè)元件的I-U圖象，順利得出了正確結(jié)論．
①請(qǐng)你幫小華在圖丁中畫出該圖象；
②根據(jù)圖象得出的結(jié)論是在電阻不變時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓成正比．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)滑片P向右移動(dòng)時(shí)，R₂接入電路的電阻變大確定變阻器的連接；
（2）逐一分析每個(gè)選項(xiàng)，確定正確答案；
（3）根據(jù)電表分度值確定電表量程讀數(shù)；
（4）在連接電路時(shí)，開關(guān)要斷開；研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻大小不變，分別測(cè)出定值電阻的電壓和通過(guò)的電流大小，分析得出結(jié)論，據(jù)此分析；
（5）根據(jù)原操作，結(jié)合研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻大小不變，將變阻器作為研究對(duì)象，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，根據(jù)描點(diǎn)法作圖；
根據(jù)圖象分析得出結(jié)論．

解答 解：（1）因滑片P向右移動(dòng)時(shí)，R₂接入電路的電阻變大，故將變阻器滑片以左電阻絲連入電路中，如下圖1所示：

（2）A．R₁短路，電壓表示數(shù)為0，根據(jù)歐姆定律，電路中電流I=$\frac{U}{R}=\frac{6V}{100Ω}$=0.06A，因電流表選用小量程，分度值為0.02A，電流表有示數(shù)，不符合題意，錯(cuò)誤；
B．R₁斷路，電流表無(wú)示數(shù)，但電壓表與電源連通，有示數(shù)，不符合題意，錯(cuò)誤；
C．R₂短路，電路中只有電阻箱，因電壓箱最大電阻接入電路中，電流表示數(shù)幾乎為0，但電壓表示數(shù)為電源電壓，不符合題意，錯(cuò)誤；
D．R₂斷路，整個(gè)電路斷路，兩表均無(wú)法示數(shù)，正確；
故選D；
（3）圖丙中，電壓表選用大量程，分度值為0.5V，示數(shù)為3V；
電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A；
（4）在原操作中，沒(méi)有斷開開關(guān)進(jìn)行電路的連接是錯(cuò)誤的；研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻大小不變，電壓表并聯(lián)在電阻箱的兩端，電阻箱為研究對(duì)象，故應(yīng)控制電阻箱的電阻R₁大小不變，通過(guò)改變變阻器連入電路中的電阻大小改變電阻箱的電壓大��；而實(shí)驗(yàn)中只改變了R₁大小，故通過(guò)R₁的電流與其兩端的電壓不能正比；
（5）①在原操作中，因變阻器的滑片位置不動(dòng)，可視為一定值，作為研究對(duì)象，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器的電壓U_滑=U-U_表，在實(shí)驗(yàn)中，變阻器的電壓分別為6V-4V=2V；6-4.5V=1.5V；6V-5V=1V，對(duì)應(yīng)通過(guò)變阻器的電流分別為0.2A、0.15A、0.1A，根據(jù)描點(diǎn)作圖，如下圖2所示：

②由圖2知，電阻的電流隨電壓的變化關(guān)系為一直線，得出的結(jié)論是：在電阻不變時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓成正比．
故答案為：（1）如上圖1所所示；（2）D；（3）3；0.3；（4）①開關(guān)閉合時(shí)連接電路；②調(diào)節(jié)R₁的阻值；（5）①如上圖2所示；②在電阻不變時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓成正比．

點(diǎn)評(píng) 本題探究電流與電壓的關(guān)系，考查電路的連接、故障的分析、電表讀數(shù)、對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的評(píng)估及對(duì)數(shù)據(jù)的處理，有難度，有新意，為一考查能力的好題，關(guān)鍵是研究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，要明確控制研究對(duì)象的電阻不變．