Question

6．【探究名稱(chēng)】探究電阻上的電流跟兩端電壓的關(guān)系
【提出問(wèn)題】老師在學(xué)生們連接的簡(jiǎn)單的電路中接入了一個(gè)“神秘盒”后，如圖1所示，閉合開(kāi)關(guān)，小燈泡變得更亮了，接著老師又對(duì)盒內(nèi)的某個(gè)元件進(jìn)行操作后燈卻慢慢變暗了．針對(duì)此現(xiàn)象小明想小燈泡先變得更亮是因?yàn)槔蠋熢凇吧衩匦『小眱?nèi)接有電源，小燈泡后來(lái)變暗則是老師對(duì)盒內(nèi)的滑動(dòng)變阻器進(jìn)行了操作，才使得小燈泡中的電流發(fā)生了變化．于是他想：電路中的電流受電壓和電阻的影響，那么電流與電壓、電阻究竟有什么樣的關(guān)系呢？
【進(jìn)行猜想】在老師的啟發(fā)和引導(dǎo)下，同學(xué)們作出了如下兩個(gè)猜想：
猜想一：導(dǎo)體中的電流可能與導(dǎo)體兩端的電壓成正比．
猜想二：導(dǎo)體中的電流可能與導(dǎo)體的電阻成反比．

【設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
為了探究導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系，應(yīng)控制電阻不變．小宇利用如圖2所示的電路，通過(guò)改變干電池節(jié)數(shù)的辦法獲得多組數(shù)據(jù)．小杰利用圖3所示的電路通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片也獲得了多組數(shù)據(jù)如下表所示．

R1=5Ω			R2=10Ω			R3=20Ω
實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	電壓 U/V	電流 I/A	實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	電壓U/V	電流 I/A	實(shí)驗(yàn) 序號(hào)	電壓 U/V	電流 I/A
1	1	0.20	4	1	0.10	7	1	0.05
2	2	0.40	5	2	0.20	8	2	0.10
3	3	0.60	6	3	0.30	9	3	0.15

【分析與論證】略
【評(píng)估】（1）小宇與小杰的方案相比，小杰方案好些，原因是操作簡(jiǎn)單．（寫(xiě)出一點(diǎn)即可）
（2）小杰利用三個(gè)電阻分別進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)的目的是為了尋找普遍規(guī)律．
（3）圖4甲是小杰利用電阻R₂（選填R₁、R₂或R₃）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的圖象；乙是利用上表中實(shí)驗(yàn)序號(hào)2、5、8的數(shù)據(jù)畫(huà)出的圖象．

Answer 1

分析 【提出問(wèn)題】
在不同的電源電壓下，同一個(gè)小燈泡的功率不同，亮度不同；
根據(jù)滑動(dòng)變阻器可以改變電路中電流的大小，同時(shí)可以改變燈泡的明暗程度；
【設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
當(dāng)探究導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系時(shí)，需控制導(dǎo)體的電阻不變；
【評(píng)估】
（1）在選擇方案時(shí)，注意多次測(cè)量，可以準(zhǔn)確找出規(guī)律，一次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)具有偶然性，同時(shí)還要考慮操作是否簡(jiǎn)單；
（2）多次測(cè)量的作用有兩種，一是減小誤差，二是尋找規(guī)律，根據(jù)題意選出符合題意的目的；
（3）從圖中讀出一組電壓和電流值，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$求出其阻值，然后即可得出結(jié)果；
從圖乙中可以看出該圖象時(shí)電流與電阻的關(guān)系圖象，則電壓一定為電阻，從圖中讀出一組電流和電阻值，根據(jù)U=IR即可求出電阻兩端電壓值，然后根據(jù)表中電壓值即可得出正確結(jié)果．

解答 解：【提出問(wèn)題】
同一個(gè)小燈泡，電源電壓越高，燈泡越亮，所以在如圖1所示的電路中接入了一個(gè)“神秘盒”后，小燈泡變亮了，是因?yàn)槔蠋熢凇吧衩匦『小眱?nèi)接有電源；
接著老師對(duì)盒內(nèi)的某個(gè)元件進(jìn)行操作后燈卻變暗了，而滑動(dòng)變阻器可以改變電路中電流的大小，因此“神秘盒”內(nèi)放有滑動(dòng)變阻器，燈泡變暗，是因?yàn)閷⒏淖兞嘶瑒?dòng)變阻器滑片的位置，使滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻變大．
【設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻有關(guān)，根據(jù)控制變量法可知，
當(dāng)探究導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系時(shí)，需控制電阻不變．
【評(píng)估】
（1）小杰同學(xué)在電路中串聯(lián)了一個(gè)滑動(dòng)變阻器，可以方便的利用改變滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值進(jìn)行多次測(cè)量，
而小宇同學(xué)需要一直更換電源才能做到多次測(cè)量，比較麻煩，因此小杰的方案好些，主要是因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單．
（2）本實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量多組數(shù)據(jù)的目的是避免偶然性得出普遍適用的電流與電阻之間的規(guī)律，所以小杰利用三個(gè)電阻分別進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)的目的是為了尋找規(guī)律．
（3）從圖4甲中可以看出，當(dāng)電阻兩端電壓為3V時(shí)，通過(guò)的電流為0.3A，因此電阻的阻值為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，故圖4甲是小杰利用電阻R₂的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的圖象．
從圖4乙中可以看出，當(dāng)導(dǎo)體的電阻為5Ω時(shí)，通過(guò)的電流為0.4A，則電阻兩端的電壓為U=IR=0.4A×5Ω=2V，因此所選的實(shí)驗(yàn)次數(shù)為2、5、8．
故答案為：【提出問(wèn)題】電源；滑動(dòng)變阻器；
【設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】電阻；
【評(píng)估】（1）小杰；操作簡(jiǎn)單；（2）為了尋找普遍規(guī)律；（3）R₂；2、5、8．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物理實(shí)驗(yàn)常用的方法--控制變量法以及觀察圖象的能力，做題時(shí)可以根據(jù)已有物理知識(shí)--歐姆定律去分析解答，同時(shí)又涉及了實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)中多次測(cè)量的目的等知識(shí)，考查的比較全面，是一道完整的科學(xué)探究題．