探究電流與電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)解讀

齊占波

歐姆定律是電學(xué)中的重要定律，這一定律是由兩個(gè)重要實(shí)驗(yàn)得出的，一個(gè)是探究“電流與電壓的關(guān)系”，一個(gè)是探究“電流與電阻的關(guān)系”。下面針對(duì)第二個(gè)實(shí)驗(yàn)通過兩道中考題進(jìn)行解讀，以幫助同學(xué)們從中受到啟發(fā)，領(lǐng)悟內(nèi)涵。

例1（2020·山東·青島）如圖1，在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，小明連接的實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示。

[實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 電阻R/Ω 5 10 電流I/A 0.40 0.20 ]

圖1

（1）閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片置于最 端。

（2）閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為 V;改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，兩電表指針的位置不變，若電路中有一處故障，可能是 （選填序號(hào)）。

①電流表短路 ②電壓表短路 ③導(dǎo)線a斷路 ④導(dǎo)線b斷路

（3）排除電路故障后，小明先后用5 Ω、10 Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，通過 控制定值電阻兩端的電壓不變，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如上表。小明據(jù)此得出結(jié)論：電流與電阻成反比。請(qǐng)指出實(shí)驗(yàn)存在的問題或需要改進(jìn)的地方 （寫出一條即可）。

解析：（1）為了保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片置于阻值最大處，即最右端。

（2）電壓表所接量程是0～3 V，分度值是0.1 V，指針偏轉(zhuǎn)的小格數(shù)是29個(gè)，則其示數(shù)為2.9 V。閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，兩電表指針的位置不變，故障可能為電阻R斷路或?qū)Ь€a斷路，所以應(yīng)選③。

（3）實(shí)驗(yàn)中是通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器控制定值電阻兩端的電壓不變。為了尋找普遍規(guī)律，應(yīng)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，因此本實(shí)驗(yàn)還需換不同的定值電阻進(jìn)行多次測(cè)量，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有普遍性，另外小明得出的結(jié)論沒有“電壓一定”這一前提。

答案：（1）右 （2）2.9 ③ （3）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 換不同阻值的定值電阻多次實(shí)驗(yàn)（結(jié)論缺少“電壓一定”這一前提）

點(diǎn)評(píng)：電流與電壓和電阻都有關(guān)，探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制定值電阻兩端的電壓不變，多次改變電阻，記錄電流值，從而尋找電流與電阻之間的普遍規(guī)律。實(shí)驗(yàn)的方法是控制變量法，實(shí)驗(yàn)結(jié)論也要體現(xiàn)控制變量，即實(shí)驗(yàn)結(jié)論要強(qiáng)調(diào)“電壓一定”。

例2（2020·貴州·黔東南）如圖2，某學(xué)習(xí)小組在“探究通電導(dǎo)體中的電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，連接了如圖甲所示的電路。（電源電壓保持4.5 V不變）

（1）用筆畫線代替導(dǎo)線將圖甲實(shí)物電路連接完整。（要求：滑動(dòng)變阻器的滑片P向左移動(dòng)時(shí)，電路中電流變大;導(dǎo)線不得交叉）

（2）連接好電路，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)等于電源電壓，電流表有示數(shù)，移動(dòng)滑片，電表示數(shù)不變，則故障為滑動(dòng)變阻器R′ 。

（3）探究通電導(dǎo)體中的電流與電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)要在電壓一定時(shí)進(jìn)行，圖乙是小組根據(jù)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的電流I隨電阻R變化的圖象。由圖象可知R兩端的電壓為 V;當(dāng) R的電阻由5 Ω更換為10 Ω時(shí)，閉合開關(guān)后，為使R兩端的電壓 （選填“改變”或“不變”），滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)向 （選填“左”或“右”）端滑動(dòng);若實(shí)驗(yàn)中R的阻值分別是5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω，為了保證完成實(shí)驗(yàn)，則滑動(dòng)變阻器的阻值至少是 Ω。

解析：（1）滑動(dòng)變阻器的滑片P向左移動(dòng)時(shí)，電路中電流變大，即滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變小，所以要將滑動(dòng)變阻器左下的接線柱接入電路，可以接電阻R右端接線柱，也可以接電壓表“15”接線柱，如圖3所示。

（2）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)等于電源電壓，則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為零，電流表有示數(shù)，移動(dòng)滑片，電表示數(shù)不變，則此時(shí)滑動(dòng)變阻器沒有起到改變連入電路中電阻的作用，所以故障為滑動(dòng)變阻器R′短路。

（3）由圖乙可知R兩端的電壓為U = IR = 0.6 A × 5 Ω = 3 V，探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制定值電阻兩端電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可知，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器分得的電壓，由串聯(lián)電路分壓原理，可知應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻，所以滑片應(yīng)向右端移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)仍為3 V。根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，滑動(dòng)變阻器分得的電壓U滑 = 4.5 V - 3 V? = 1.5 V，滑動(dòng)變阻器分得的電壓為電壓表示數(shù)的0.5倍，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理，當(dāng)接入25 Ω電阻時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻為R滑 = 0.5 × 25 Ω = 12.5 Ω，故為了完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取最大阻值至少為12.5 Ω的滑動(dòng)變阻器。

答案：（1）如圖3所示 （2）短路 （3）3 不變 右 12.5

點(diǎn)評(píng)：探究電流與電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，在更換完電阻后要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使定值電阻兩端電壓不變。由于本題中定值電阻R和滑動(dòng)變阻器R′串聯(lián)，則有[UU′=RR′]，由此可知，實(shí)驗(yàn)中若要控制U不變，則U′也應(yīng)不變，當(dāng)電阻R由阻值小的電阻換成阻值大的電阻后，滑動(dòng)變阻器R′接入電路中的阻值也應(yīng)往大調(diào)。值得注意的是，在上述操作過程中，若電壓表接的是小量程且換用的定值電阻阻值過大，容易造成定值電阻兩端電壓過大從而損壞電壓表，所以正確的操作應(yīng)是斷開開關(guān)，定值電阻換用阻值更大的電阻，將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)至阻值最大處，閉合開關(guān)，再調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表示數(shù)保持不變，記錄電流表示數(shù)。