Question

14．同学们在“探究电流与电阻关系”实验中，准备了以下器材：新干电池4节、规格为“25Ω 1A”的滑动变阻器、开关、电流表、电压表（两只电表均只能使用小量程）、导线若干，定值电阻的阻值分别为10Ω、15Ω、20Ω．

（1）请你用笔画代替导线，将图甲所示的电路连接完整．
（2）闭合开关后发现电路存在断路故障，依据的现象是电流表的示数为零．
（3）本实验中电压表的作用是：每次更换电阻时，通过移动滑动变阻器的滑片，确保电阻两端电压为定值；
（4）同学们电路连接无误，先用10Ω电阻进行实验，移动滑动变阻器滑片，电流表示数如图乙所示，读数为0.2A；当他们换电阻继续实验时，发现实验进行不下去，用所学的知识分析，存在的问题是电源电压过大（滑动变阻器的最大电阻太小）（只写一种），在不增加其他器材的情况下解决问题最简便的方法是：减少一节干电池；
（5）解决上述问题完成了实验，记录数据如图丙，结论是在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比（在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻的倒数成正比）．

Answer 1

分析 （1）电流表应该串联在电路中，电压表应该并联在电路中，且都选小量程即可（题目已提示）；
（2）若是断路，即该电路的电流是零；
（3）在探究电流跟电阻的关系时，要保持电阻两端的电压不变；
（4）先判断电流表的量程和分度值，而后读出示数即可；
根据滑动变阻器的最大阻值与定值电阻阻值间的关系，由串联电路的分压原理分析电压表不能达到要求的原因，然后提出改进措施．
（5）据实验现象得出结论即可．

解答 解：（1）据该实验的原理可知，电流表应该串联在电路中，电压表应该并联在电路中，且都选小量程即可（题目已提示）；故如下图所示：

（2）若是断路，即该电路的电流是零，所以只需要观察电流表的示数是否是零即可判断该电路是否断开；
（3）在探究电流跟电阻的关系时，要保持电阻两端的电压不变；故本实验中电压表的作用是：每次更换电阻时，通过移动滑动变阻器的滑片，确保电阻两端电压为定值；
（4）用10Ω电阻进行实验，此电流表是选择的小量程，故分度值是0.02A，故此时的示数是0.2A；
故此时定值电阻两端的电压是：I=$\frac{U}{R}$可知
U=IR=0.2A×10Ω=2V；
当改用15Ω的电阻时，电路中的电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{15Ω}$=$\frac{2}{15}$A，
滑动变阻器的阻值为：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-2V}{\frac{2}{15}A}$=30Ω，
滑动变阻器的最大电阻是25Ω，所以，该滑动变阻器无法使电压表的示数达到实验要求的值，是由于滑动变阻器的最大阻值太小，把滑动变阻器阻值全部接入电路时，滑动变阻器分得的电压还是较小，不能使电阻两端达到要求的值，所以出现上述现象的原因是由于滑动变阻器最大电阻太小或电源电压太大导致的，故在不增加其他器材的情况下解决问题最简便的方法是减少一节干电池．
（5）据图象可知，在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比（在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻的倒数成正比）；
故答案为：（1）见上图；（2）电流；（3）电阻两端电压为定值；（4）0.2；  电源电压过大（滑动变阻器的最大电阻太小）；  减少一节干电池；
 （5）在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比（在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻的倒数成正比）；

点评 本题考查了实验数据处理、实验操作分析、实验操作改进等问题，实验操作分析及实验改进措施是本题的难点，要根据串联电路的分压原理认真分析，然后提出改进措施．