某小組同學準備探究“通過導體的電流與電壓、電阻的關係”實驗器材有：乾電池2節，滑動變阻器（20Ω，1A）、電流...

問題詳情：

某小組同學準備探究“通過導體的電流與電壓、電阻的關係”實驗器材有：乾電池2節，滑動變阻器（20Ω，1A）、電流表、電壓表、開關各一個，不同阻值的定值電阻及導線若干，圖*是他們連線的實驗電路．

（1）閉合開關前，應將滑動變阻器的滑片P移到____（選填“A”或“B”）端

（2）閉合開關後，他們移動滑動變阻器的滑片至某一位置，電壓表示數為0.7V，電流表示數如圖乙所示，接著繼續探究，把所測資料填在了下表中

①圖乙中電流的示數為____A．

②圖*是以電流Ⅰ為縱座標、電壓U為橫座標建立的平面直角座標系，請根據他們所測資料、在座標系中描點，畫出I﹣U圖象，並標標記為a．

（___）

（3）圖*中b、c、d三條I﹣U圖象，是其他組同學選擇5Ω、10Ω和20Ω的定值電阻，按圖*電路測量資料所畫．

①單獨分析圖*中每條I﹣U圖象，可以得到的結論是_____．

②該小組同學發現，分析圖*中的I﹣U圖象，還能得到：“當導體兩端電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成反比”這一規律．請寫出分析方法：_____．

③驗*②中的規律，該小組的同學選擇了5Ω、10Ω、20Ω的定值電阻，準備分別接入圖*電路，測量電流進行探究，有同學提議：既然探究時需要保持電阻兩端電壓不變，圖*中可以不用連線滑動變阻器和電壓表．他們按照提議分別將三隻電阻由小到大接入電路，閉合開關後，讀出電流表示數分別為0.42A，0.24A，0.13A，發現無法驗*②中的規律．於是他們計劃仍按圖*進行探究，分析測量資料後，選定準備加在電阻兩端的電壓值U．為確保完成驗*，則這個電壓值U的範圍為____．

A．1.5V＜U≤3V

B．1.3V＜U＜2.1V

C．1.3V＜U≤2.6V

D．2.1V＜U＜2.6V

【回答】

（1）B；    （2）①0.12；    ②；    （3）①電阻一定時，電流與電壓成正比：    ②控制變數法；    ③B   

【分析】

（1）閉合開關前，滑片必須處於最大阻值處； （2）根據圖乙中電流表選用小量程確定分度值讀數；在座標系中描點，畫出I-U圖象； （3）①單獨分析圖*中每條I-U圖象為過原點的直線，據此得出結論； ②由上圖知，當電壓為0.8V時，找出對應的電流大小，結合電阻大小，考慮到誤差因素，得出結論； ③根據U=IR得出3次實驗中電阻的電壓分別為2.1V、2.4V、2.6V分析小於電源電壓的原因； 設電源本身的電壓為E，對外提供的電壓為U，根據歐姆定律，得出R獲得的電壓為表示式，將此式變形，由數學知識得出關係式，根據根據該小組的同學選擇了5Ω、10Ω的定值電阻，電源內阻r之外的電阻獲得的電壓分別為2.1V、2.4V，得出故這個一次函式關係式； 要控制當電阻的電壓值U為一定值，根據串聯電路電壓的規律，變阻器分的電壓也為一定值，由分壓原理，定值電阻和變阻器分得的電壓之比 一定值，故當電阻為20Ω時，變阻器連入電路中的電阻最大為20Ω，此時的總電阻為40Ω，代入這個關係式得出電壓表最小值，根據分壓原理，確定電壓表示數大於的電壓值；當電阻最小為5Ω時，電路中的電流最大，變阻器連入電路中的電阻最小，此時電壓表有最大值，同理求出小於的電壓值．

【詳解】

（1）根據題意可知，閉合開關前，滑片必須處於最大阻值處，即應將滑動變阻器的滑片P移到B端；

（2）①圖乙中電流表選用小量程，分度值為0.02A，電流表的示數為0.12A；

②圖*是以電流Ⅰ為縱座標、電壓U為橫座標建立的平面直角座標系，根據他們所測資料、在座標系中描點，畫出I-U圖象，並標記為a，如下圖所示：

（3）①單獨分析圖*中每條I-U圖象，因為過原點的直線，故可以得到的結論是電阻一定時，電流與電壓成正比；

②由上圖知，當電壓為0.8V時，對應的電流大小約為0.032A、0.066A、0.16A，結合電阻大小分別為20Ω、10Ω、5Ω，考慮到誤差因素，電流與對應的電阻之積為一定值，故還能得到：當導體兩端電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成反比”這一規律；分析方法採用了控制變數法；

③根據U=IR可知3次實驗中電阻的電壓分別為2.1V、2.4V、2.6V，都小於電源電壓3V，是因為電源有內阻的原因； 設電源本身的電壓為E，對外提供的電壓為U， 根據電阻的串聯和歐姆定律可得，電路中的電流：， 由歐姆定律，R獲得的電壓為：，，由數學知識得，對外提供的電壓U的倒數與串聯電阻（電源內阻r之外的電阻）的倒數為一次函式的關係，即為，根據該小組的同學選擇了5Ω、10Ω的定值電阻，電源內阻r之外的電阻獲得的電壓分別為2.1V、2.4V，將已知量代入上式：，，解方程組得：，，這個一次函式關係式為：，他們計劃仍按圖*進行探究，因要控制當電阻的電壓值U為一定值，根據串聯電路電壓的規律，變阻器分的電壓也為一定值，由分壓原理，定值電阻和變阻器分得的電壓之比為一定值，故當電阻為20Ω時，變阻器連入電路中的電阻最大為20Ω，此時的總電阻為40Ω，代入這個關係式：，解得U=2.6V，變阻器與電阻的電阻相等，根據分壓原理，故電壓表示數為1.3V； 當電阻最小為5Ω時，電路中的電流最大，變阻器連入電路中的電阻最小，此時電壓表有最大值，當變阻器電阻連入電路中的電阻為0時，將5Ω代入這個關係式：，解得U=2.1V，綜上，他們計劃仍按圖*進行探究，分析測量資料後，選定準備加在電阻兩端的電壓值U，為確保完成驗*，則這個電壓值U的範圍為1.3V＜U＜2.1V，故選B．

知識點：電流與電壓和電阻的關係

題型：實驗,探究題