Question

2．探究“电流与电压、电阻的关系”
研究“电流与电压关系”实验中要保持电阻不变，该实验方法称为控制变量法．
（1）请在图1方框内设计实验探究电路．
以下数据是小明、小华、小红三位同学分别通过实验得到的数据．
（实验中小明使用10Ω定值电阻，小华使用5Ω定值电阻，小红使用“2.5V 1.25W”小灯泡完成实验探究

实验次数	1	2	3	4	5
电压U/V	1.2	1.5	2.0	2.5	3.0
电流I/A （小明）	0.12	0.15	0.20	0.25	0.30
电流I/A （小华）	0.24	0.30	0.40	0.50	0.60
电流I/A （小红）	0.35	0.40	0.45	0.50	0.52

（2）请在图2的方格纸内画出小华同学电流与电压的关系图象，根据你画的图象及小华的实验数据，电流与电压有什么关系？电阻不变，导体的电流与电压成正比；
（3）除了小华、还有哪位同学的实验数据能得到以上电流与电压的关系小明；
（4）根据以上两位同学的实验数据还可以发现定值电阻两端电压与通过它的电流的比值有什么规律为一定值，而这个“电压与电流比值”的大小等于电阻；
（5）如果电流用字母I表示，电阻用字母U表示，电阻用字母R表示，请你用表达式表示上一小题所得到的规律I=$\frac{U}{R}$，这是就欧姆定律的表达式；
（6）根据以上得到的规律，某元件两端电压为12V时，流经元件的电流为200mA，则该元件的电阻为60Ω，当电压降低到3V时，流经该元件的电流为0.05A，当通过元件电流为零时，该元件电阻为60Ω；
（7）另外一位同学的实验数据为什么不符合这规律？这是由于实验误差导致的吗？请说说你的看法不是误差；灯丝的电阻随温度的升高而增大
（8）小明、小华、小红三位同学完成“探究电流与电压关系”实验后，小红用同样电路对“电流与电阻关系”进行探究，她首先将5Ω的定值电阻接入电路，电路连接完全正确，闭合开关直接读出并记录电流表读数，然后再分别用10Ω和20Ω的电阻替换5Ω电阻，重复上述操作．
小红的实验操作过程是否有错误？有；①接5Ω的电阻闭合开关后，没有调节变阻器就读数了；②当换用10Ω、15Ω的电阻后，没有调节电阻两端的电压不变便读取数据．

Answer 1

分析 探究电流与电压、电阻的关系需用控制变量法；
（1）画电路图时，注意电流表、电压表的连接，不要漏掉滑动变阻器；
（2）根据数据描点，并用平滑的曲线连接起来，分析图象和数据得出电流与电压的正比例关系；
（3）要得出电流与电压的关系，需保持导体的电阻不变，根据其进行分析；
（4）电压与电流的比值等于电阻，定值电阻的阻值不变；
（5）欧姆定律的表达式：I=$\frac{U}{R}$；
（6）根据R=$\frac{U}{I}$计算元件的电阻；根据I=$\frac{U}{R}$计算通过元件的电流；电流为零，导体的电阻不变；
（7）根据灯丝的电阻随温度的升高而增大的特点进行分析；
（8）要探究电流与电阻的关系，需保持电阻两端的电压不变．

解答 解：研究“电流与电压关系”实验中要保持导体的电阻不变，改变电阻，该实验方法称为控制变量法；
（1）电路图如图所示：

（2）根据小华的数据描点，并用平滑的曲线连接起来，如图所示：

由图象和数据知，电阻不变，导体的电流与电压成正比；
（3）小明的实验数据电压与电流的比值不变，可得电阻不变，电流与电压成正比；
（4）由小明和小华的数据知，定值电阻两端电压与通过它的电流的比值为一定值，这个比值表示电阻；
（5）由（4）分析可知，I=$\frac{U}{R}$，这是欧姆定律的表达式；
（6）由I=$\frac{U}{R}$得，电阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{200×1{0}^{-3}A}$=60Ω；
当电压降低到3V时，电流I′=$\frac{U′}{R}$=$\frac{3V}{60Ω}$=0.05A；
电阻是导体本身的一种性质，所以当通过元件电流为零时，该元件电阻仍为60Ω；
（7）小红同学用灯泡做实验，而灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以不能得出电流与电压的正比例关系；
（8）探究电流与电阻的关系时，应保持电阻两端的电压不变，由题意知，开始用了5Ω的电阻进行实验，闭合开关时，变阻器的阻值最大，若换用10Ω或15Ω的电阻后，变阻器两端的电压会变大，要保持电阻两端的电压不变，应增大变阻器的阻值，所以实验将无法进行；
实验中换用10Ω和15Ω的电阻后，闭合开关，接着读数是错误的．
故答案为：电阻；控制变量法；（1）见上图；（2）见上图；电阻不变，导体的电流与电压成正比；（3）小明；（4）为一定值；电阻；（5）I=$\frac{U}{R}$；欧姆；（6）60；0.05；60；（7）不是误差；灯丝的电阻随温度的升高而增大；（8）有；①接5Ω的电阻闭合开关后，没有调节变阻器就读数了；②当换用10Ω、15Ω的电阻后，没有调节电阻两端的电压不变便读取数据．

点评 本题是探究电流与电压关系的实验，考查了对控制变量法的应用及数据的分析和结论的得出，考查了全面．