Question

15．宝宝和明明同学在实验室进行小级实验，探究“导体的电流与电阻的关系”．
【器材】电源（电压恒为3V），电流表、电压表各一只，开关一个，三个定值电阻（5Ω、10Ω、20Ω），两个滑动变阻器（甲：10Ω 2A 乙：20Ω 1A），导线若干．
【设计实验与制订计划】
（1）同学们完成了实验方案的三个设计．由图甲到图乙，改进的理由是保持被测电阻不变；由图乙到图丙，改进的理由是改变电压，多次测量．
（2）实验中两位同学商定电压表的示数保持2V不变，连接的实物电路如图所示，请你为他们选定一个合适的滑动变阻器：乙（填“甲”或“乙”）．
【进行实验与收集证据】
（1）请你用笔画线代替导线把滑动变阻器正确接入电路中．
（2）宝宝同学选用5Ω的电阻完成了实验，记录相关数据后断开开关．明明同学选用10Ω的电阻重新组装电路后，滑动变阻器的滑片没动的情况下，闭合开关，发现电压表的示数大于（填“大于”“小于”或“等于”）2V，此时他应该移动滑动变阻器的滑片，以达到实验要求，并读数相关数据，完成实验．

Answer 1

分析 【设计实验与制订计划】
（1）研究“电流与电压的关系”实验中，要控制电阻不变，小灯泡的电阻随温度的变化而变化；在实验过程中，为了避免实验结论的偶然性，要多做几次实验；
（2）探究电流与电阻的关系时，定值电阻与滑动变阻器串联，根据串联电路电压特点求出滑动变阻器两端电压，根据欧姆定律可知电阻越大电流越小，求出接入不同电阻时的最小电流，再根据欧姆定律的变形公式求出滑动变阻器接入电路的最大阻值．
【进行实验与收集证据】
（1）滑动变阻器应该串联在电路中，且接法是一上一下；
（2）先分析电路中总电阻的变化，再分析电路中电流的改变以及滑动变阻器两端电压的变化，然后根据串联电路的特点确定电压表示数的变化；

解答 解：【设计实验与制订计划】
（1）图甲中使用的是小灯泡，它的电阻随温度的变化而变化；而本实验中要控制电阻不变，所以应该换成一个定值电阻来做实验，保持电阻不变；
图丙比图乙增加了滑动变阻器，能够改变电阻两端的电压，多测几组数据，避免实验结论的偶然性；
（2）由欧姆定律的可知，电压一定时，电阻越大，电流越小，因此当接入电路中的电阻为20Ω时，电路中的电流是：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{20Ω}$=0.1A，此时滑动变阻器接入电路的阻值最大；
为了保持定值电阻两端电压为2V不变，滑动变阻器两端电压为：3V-2V=1V；故滑动变阻器有效电阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω．只有此时中滑动变阻器的最大阻值大于10Ω，故选乙；
【进行实验与收集证据】
（1）滑动变阻器应该串联在电路中，且接法是一上一下；如下图：

（2）滑动变阻器的滑片位置不变，当用10Ω的定值电阻代替5Ω的定值电阻时，电路中的总电阻变大，
据I=$\frac{U}{R}$，所以电路中的电流变小，滑动变阻器两端的电压变小，
据串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
故定值电阻两端的电压变大，即电压表的示数大于2V，
据串联电路中电阻越大分得的电压越大，
所以为使两端的电压保持2V不变，应减小滑动变阻器接入电路中的电阻．
故答案为：【设计实验与制订计划】（1）保持被测电阻不变；改变电压，多次测量；（2）乙；【进行实验与收集证据】
（1）见上图；（2）大于；移动滑动变阻器的滑片．

点评 此题主要考查的是学生对控制变量法、实验注意事项和串联分压特点的理解和掌握，根据串联时分压关系知道当一个电阻阻值减小时，其两端的电压也减小是本题关键．