一、控制電壓的影響因素
例1.（2023年遼寧錦州中考題節(jié)選）小明利用4節(jié)新干電池，阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω、40Ω、50Ω的定值電阻， 銘牌上標有“20Ω 1A”的滑動變阻器等實驗器材“探究電流與電阻關系”。
（1）小明連接好如圖甲所示的電路，檢查時發(fā)現(xiàn)電路中有一處連接錯誤，請你在錯誤的導線上畫“×”，并用筆畫線代替導線，將電路連接正確；
（2）電路改接正確后，閉合開關前，滑動變阻器的滑片應滑到最_______（選填“左”或“右”）端；
（3）小明將10Ω的定值電阻接入電路中，閉合開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使定值電阻兩端電壓為4V，讀出并記錄電流表示數(shù)；保持滑動變阻器的滑片位置不變，把10Ω的定值電阻換成20Ω的定值電阻后，直接閉合開關，電壓表的示數(shù)將_______（選填“大于”、“小于” 或“等于”）4V，此時應將滑動變阻器的滑片在原來基礎上向______（選填 “左”或“右”）端移動，直到電壓表的示數(shù)再次達到4V，記錄電流表的示數(shù)；
（4）當小明將50Ω定值電阻接入電路時，無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，都無法使定值電阻兩端電壓為4V，則原因可能是__________________________（寫出一條即可）。
解析：（1）小明連接好如圖甲所示的電路，該電路有一處故障是：電阻與電流表并聯(lián)了，該電流表應與電阻串聯(lián)，電壓表與電阻并聯(lián)，如下圖所示：
（2）滑動變阻器的滑片應置于阻值最大處，即圖中最左端；
（3）實驗中，當把10Ω的電阻換成20Ω的電阻后，根據(jù)分壓原理，電阻兩端的電壓變大，研究電流與電阻關系時要控制電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，要增大滑動變阻器兩端的電壓，由分壓原理，要增大滑動變阻器電阻阻值，故應把滑動變阻器滑片向左滑動；
（4）4節(jié)新干電池電壓為6V，電阻兩端的電壓始終保持Uv=4V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：U滑=U－Uv=6V－4V=2V，變阻器分得的電壓為電壓表示數(shù)的0.5倍，根據(jù)分壓原理，當接入50Ω電阻時，變阻器連入電路中的電阻為：R滑=0.5×50Ω=25Ω，故為了完成整個實驗，應該選取最大阻值至少25Ω的滑動變阻器，而現(xiàn)有變阻器的最大電阻太?。豢刂频碾娮桦妷翰蛔?，變阻器分得的電壓過小，即電源電壓太大了；
故當小明將50Ω定值電阻接入電路時，無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，都無法使定值電阻兩端電壓為4V，則原因可能是所選滑動變阻器的最大阻值太小或電源電壓過大；
答案（1） 見解答；（2）左；（3）大于；左；（4）所選滑動變阻器的最大阻值太?。ɑ螂娫措妷哼^大）。
二、更換電阻后的操作
例2.（2023年山東威海中考題）在探究“電流與電阻的關系”實驗中，電源電壓恒為9V滑動變阻器規(guī)格為“50L 2A”。

（1）根據(jù)圖甲所示的電路圖，請用筆畫線代替導線，將圖乙所示的實物圖連接完整（導線不允許交叉）；
（2）連接好電路，將滑動變阻器阻值調(diào)到最大，閉合開關，移動滑片，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，電壓表示數(shù)始終接近電源電壓。導致這一現(xiàn)象的原因可能是________。
A.電流表損壞 B.滑動變阻器短路
C.定值電阻R接觸不良 D.定值電阻R短路
（3）排除故障繼續(xù)實驗，更換不同的定值電阻后，都需要調(diào)節(jié)滑動變阻器，其目的是_________，實驗數(shù)據(jù)如表所示，其中第6次實驗中電流表示數(shù)如圖丙所示，其讀數(shù)為_______A；
（4）在如圖所示坐標系中已經(jīng)描出所有實驗數(shù)據(jù)對應的點，請繪出圖象，分析并得出結論：_______________________________________________；
（5）實驗完成后，在評估“將5Ω電阻更換成7.5Ω電阻繼續(xù)實驗”這一環(huán)節(jié)中，甲小組認為，更換成7.5Ω電阻后需要將滑動變阻器阻值調(diào)到最大，才能閉合開關進行實驗；而乙小組認為，更換成7.5Ω電阻后不需要將滑動變阻器阻值調(diào)到最大，可直接閉合開關進行實驗。你認為哪個小組的觀點正確并寫出理由：______________________________________。
解析：（1）由圖甲可知滑片左移滑動變阻器接入電路的電阻變大，所以導線連接滑動變阻器的右下接線柱，如圖：

（2）閉合開關，移動滑片，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，說明電路斷路，電壓表示數(shù)始終接近電源電壓，說明電壓表串聯(lián)接入電路，即與電壓表并聯(lián)的電阻電阻斷路，故選C；
（3）探究“電流與電阻的關系”實驗需保持定值電阻兩端的電壓不變；
電流表接入電路的是小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.24A；
（4）用平滑曲線連接，如圖：
分析圖象可得電壓一定時， 通過導體的電流與導體的電阻成反比；
（5）乙小組觀點正確。將5Ω的電阻更換成7.5Ω的電阻時，滑動變阻器接入電路的阻值不變，電路總電阻變大，電源電壓不變，由歐姆定律可知，電路中的電流變小，電路安全，所以不需要將滑動變阻器阻值調(diào)到最大。（開放性問題，合理即可）
答案：（1）如圖；（2） C；（3）保持定值電阻兩端電壓不變；0.24；（4）如圖；電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比；（5）乙小組觀點正確。理由見解答。
三、改變變阻器阻值的圖像特點
例3.（2023年江蘇宿遷中考題）用圖甲所示電路“探究電流與電阻的關系”。電源電壓為4.5V不變，滑動變阻器規(guī)格為“20Ω 1A”，有4Ω、6Ω、8Ω、10Ω、12Ω的定值電阻各一個。
（1）用筆畫線代替導線把圖甲電路連接完整，要求：當滑片P向左滑動時，變阻器接入電路的電阻變大；
（2）連接電路時，開關應該_________（選填“斷開”或“閉合”）
（3）先接入12Ω定值電阻，閉合開關，移動變阻器的滑片P至合適位置，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，示數(shù)為________V記下電流表的示數(shù)。斷開開關，將12Ω電阻換成10Ω后，閉合開關，移動變阻器的滑片P使________表的示數(shù)與前一次相同，記錄相關數(shù)據(jù)；

（4）依次改變電阻R的阻值，共測得五組實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在圖丙的坐標系中描繪出I-R圖像為曲線A；
①由圖像可得出的結論是：___________________________。
②根據(jù)上面所測的五組實驗數(shù)據(jù)，把每次實驗時記錄的電流值和對應變阻器Rp的阻值，在圖丙坐標系中描成點，將這些點繪成曲線B，發(fā)現(xiàn)曲線B與曲線A___________（選填“有交點”或“無交點”），其原因是______________________。
③本實驗的主要研究方法是“控制變量法”，下列物理教材中的實驗，沒有用到“控制變量法”的有________。
A.探究二力平衡的條件 B.探究影響液體內(nèi)部壓強的因素
C.用電流表和電壓表測量定值電阻的阻值
解析：（1）由題知滑片P向左滑動時，變阻器接入電路的電阻變大；因此應該用導線連接到滑動變阻器的右下方接線柱，如下圖所示：
（2）保護電路，連接電路時開關應斷開；
（3）先接入12Ω定值電阻，閉臺開關，移動變阻器的滑片P移至合適位置，電壓表用的小量程，分度值為0.1V，示數(shù)為2.4V，記下電流表的示數(shù)。斷開開關，將12Ω電阻換成10Ω后，根據(jù)探究電流與電阻關系，必須控制電壓不變，閉合開關，移動變阻器的滑片P使電壓表的示數(shù)與前一次相同，記錄相關數(shù)據(jù)；
（4）依次改變電阻R的阻值，共測得五組實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在圖丙的坐標系中描繪出I-R圖像為曲線A；
①由圖像可知，0.6A×4Ω= 0.4A×6Ω= 0.3A×8Ω= 0.2A×12Ω= 2.4V
可得出的結論是：電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比。
②因為電源電壓不變，而定值電阻的電壓保持不變，滑動變阻器的電壓也不變，根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律知，因而各次實驗中，定值電阻和滑動變阻器的阻值倍數(shù)關系保持不變，因而對每一個電流值，變阻器Rp的阻值始終是定值電阻的阻值倍數(shù)不變，則把每次實驗時記錄的電流值和對應變阻器Rp的阻值，在圖丙坐標系中描成點，將這些點繪成曲線B，發(fā)現(xiàn)曲線B與曲線A平行，因而兩者無交點；
③本實驗的主要研究方法是“控制變量法”
A.探究二力平衡的條件，有多個因素影響，必須采用控制變量法；
B.探究影響液體內(nèi)部壓強的因素時，探究與深度關系，控制液體密度不變，用了控制變量法；
C.用電流表和電壓表測量定值電阻的阻值，是測量型實驗，沒有控制變量；
沒有用到“控制變量法”的有C。
答案：（1）如圖見解答；（2）斷開；（3）2.4；電壓；（4）①電壓一定時，通過導體的電流與導體的電阻成反比；②無交點；對每一個電流值，變阻器Rp的阻值是定值電阻的阻值倍數(shù)不變，兩個圖像平行；③C。
四、變阻器規(guī)格的選擇
例4.（2023年湖北武漢中考題）小紅同學用下列器材探究電流與電阻的關系：干電池4節(jié)，定值電阻R（10Ω、15 Ω、20Ω和25Ω），電流表A（量程0~0.6A或0~3A），電壓表V（量程0~3V或0~15V），滑動變阻器，開關，導線若干。在實驗中：
（1）①如圖乙所示，電壓表量程為0~15V，電流表量程為0~0.6A，定值電阻R=10Ω，請根據(jù)圖甲在圖乙中補畫2根導線，將實物電路連接完整；
②確認電路連接無誤后，閉合開關，電壓表示數(shù)如圖丙所示，則電源電壓是________V；
（2）斷開開關，將電壓表量程改為0~3V，并聯(lián)接在圖甲中的A、B兩點，檢查電路無誤后，閉合開關，向左移動滑片P，當電流表示數(shù)為0.24 A時，記下電壓表的示數(shù)，設此時滑動變阻器連入電路的阻值為RP1；接著將10Ω的定值電阻更換為15Ω的定值電阻，重做實驗，當觀察到電壓表的示數(shù)是___________V時，記下電流表的示數(shù)，設此時滑動變阻器連入電路的阻值為RP2，則RP2-RP1= ___________Ω；
（3）小紅同學繼續(xù)進行實驗，將15Ω的定值電阻更換為20Ω的定值電阻，閉合開關，發(fā)現(xiàn)滑片P在最右端時，電壓表示數(shù)為2.7V。為了能用20Ω和25Ω的定值電阻繼續(xù)完成實驗，應將實物電路中的滑動變阻器更換為___________（填“25Ω 2A”“30Ω 2A”或“50Ω 1.5A”）的滑動變阻器。
解析：（1）根據(jù)圖甲可知，電壓表測量滑動變阻器和定值電阻R兩端電壓，故將電壓表并聯(lián)接在滑動變阻器和定值電阻R兩端，如圖所示：
電壓表示數(shù)如圖丙所示，電壓表分度值0.5V，故其示數(shù)為6V。
（2）由題意知，滑動變阻器和定值電阻R串聯(lián)，當電流表示數(shù)為0.24 A時，由U=IR可得，定值電阻兩端電壓為
U定=IR定=0.24A×10Ω=2.4V
根據(jù)串聯(lián)電路分壓特點可得，此時滑動變阻器兩端電壓為
U滑=U－U定=6V－2.4V＝3.6V
由得，滑動變阻器此時電阻為
當定值電阻更換為15Ω時，由于電壓表量程為0~3V，則移動滑動變阻器，根據(jù)控制變量法，此時應控制電壓表示數(shù)為2.4V。根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點可知，此時滑動變阻器兩端電壓為
U滑2=U－U定′=6V－2.4V=3.6V
根據(jù)得，此時電路電流為
由得，此時滑動變阻器連入電路的阻值為R滑2為
所以可得
R滑2－R滑1=22.5Ω－15Ω=7.5Ω
（3）將15Ω的定值電阻更換為20Ω的定值電阻， 滑片P在最右端時，電壓表示數(shù)為2.7V，則滑動變阻器接入電路的最大電阻阻值不夠，為了能繼續(xù)后面的實驗，控制定制電阻兩端電壓為2.4V，所以需跟換阻值更大的滑動變阻器，當接入定值電阻阻值為25Ω時，由得，經(jīng)過定值電阻的電流為
此時需要接入滑動變阻器的電阻為
所以應選擇“50Ω 1.5A”的滑動變阻器。
答案：① ②6 ③2.4 ④7.5 ⑤“50Ω 1.5A”實驗次數(shù)
1
2
3
4
5
6
……
電阻R/Ω
5
7.5
12
15
20
25
……
電流I/A
1.2
0.8
0.48
0.4
0.32
……

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