Question

16．探究电流与电阻关系的电路图如图甲所示，可共使用的实验器材有：电源（电压恒定为4.5V）、电流表、电压表，开关各一个，滑动变阻器（15Ω 1A，20Ω 2A）两个，定值电阻三个（5Ω、10Ω、15Ω）、导线若干．

（1）小明连接了图甲的电路，通过实验测得多组数据，由这些数据得到如图乙所示的电流I随电阻R变化的图象，由图象可以得到的结论是电压一定时，通过导体的电流与它的电阻成反比．
（2）在上述实验中，小明先把5Ω的电阻接入电路中进行测量，接着又该用10Ω的电阻继续做实验，当把10Ω的电阻接入电路后，小明发现电压表示数比设定值偏大（选填“偏大”或“偏小”），应将滑片P向b端移至适当的位置，目的是控制电阻两端电压不变．
（3）小明将电阻两端的电压设定为2V，实验所选用的滑动变阻器应该是20Ω 2A．如果小明没有正确选用滑动变阻器，在实验中就会出现这样的情况，当把15Ω的电阻接入电路时，发现无论怎样移动变阻器的滑片，都无法使电压表的示数达到实验要求的数值．

Answer 1

分析 （1）分析图象，由欧姆定律得出电流和电阻的反比例关系；
（2）先根据分压原理，判断接入较大的电阻后，电压表的示数变化，探究电流与电阻的关系，需保持电压表的示数不变，再根据串联电路电压的规律确定滑片移动的方向；
（3）根据串联电路电压的规律，求出变阻器分得的电压，根据分压原理，求出当定值电阻的阻值最大时，滑动变阻器连入电路中的阻值，确定变阻器的规格；若选用另一个变阻器，根据分压原理求出定值电阻的最大值，则将大于这个最大值的定值电阻接入电路时，无论怎样移动变阻器的滑片，都无法使电压表的示数达到实验要求的数值．

解答 解：（1）由乙图中不同电阻对应的电流有：电阻与对应的电流乘积U=IR=0.5A×5Ω=…=2.5V，为一定值，得出的结论是：在电压一定时，通过导体的电流与它的电阻成反比；
（2）当把5Ω的换为10Ω后，根据分压原理，电压表的示数变大，要探究电流与电阻的关系，需保持电压表的示数不变，由串联电路电压的规律，应减小电压表示数，增大变阻器分得的电压，根据分压原理，应增大滑动变阻器的阻值，将滑片向b端滑动；
（3）将电阻两端的电压设定为U_R=2V，由串联电路电压的规律，则滑动变阻器两端的电压为U_滑=4.5V-2V=2.5V，把最大的15Ω的电阻接入电路中，根据分压原理：$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$=$\frac{R}{{R}_{滑}}$，即$\frac{2V}{2.5V}$=$\frac{15Ω}{{R}_{滑}}$，解得变阻器连入电路中的电阻R_滑=18.75Ω＞15Ω，所以应该选择20Ω 1A的变阻器；
定值电阻的电压为变阻器电压的$\frac{2V}{2.5V}$倍，当选用15Ω的变阻器时，根据分压原理，当变阻器的最大电阻连入电路中时，定值电阻的最大值为$\frac{2}{2.5}$×15Ω=12Ω，即当把15Ω的电阻接入电路时，发现无论怎样移动变阻器的滑片，都无法使电压表的示数达到实验要求的数值．
故答案为：（1）电压一定时，通过导体的电流与它的电阻成反比；
（2）偏大；b；控制电阻两端电压不变；
（3）20Ω 2A；15Ω．

点评 本题探究电流跟电阻关系，考查分析数据归纳结论的能力、操作过程及对器的要求和控制变量法的运用，综合性较强．