第90页 - 亮点给力提优课时作业本九年级物理江苏版

2

3

45

断开

电阻$R$

电流$I$

电阻$R$

电流$I$

0.1

移动变阻器的滑片

0.4

不能

当定值电阻最大为20Ω时，若要保持其两端电压为1.5V，根据串联分压规律，需要滑动变阻器接入的阻值为60Ω，而滑动变阻器最大阻值仅为50Ω，无法满足实验要求。

电压

电压与电流的比为一定值

C

【分析】
这道题围绕“探究通过导体的电流与电阻的关系”实验展开，核心要利用控制变量法，保证定值电阻两端电压恒定，结合串联电路分压规律、元件量程限制逐步推导：
1. 求定值电阻两端可控制的最小电压：当选用阻值最大的15Ω定值电阻时，滑动变阻器需要接入自身最大的30Ω阻值，才能分得最多电压，此时定值电阻两端的电压就是能稳定控制的最小值，代入串联分压公式即可求解。
2. 求定值电阻两端可控制的最大电压：电路允许的最大电流受电流表0~0.6A量程限制，最大电流为0.6A，此时接入阻值最小的5Ω定值电阻时，定值电阻两端的电压就是允许的最大值，若超过该值，接入5Ω电阻时电路电流就会超过电流表量程，损坏电表。
3. 计算控制电压为1.5V时所需滑动变阻器的最小最大阻值：先算出滑动变阻器两端的分压，得到滑动变阻器和定值电阻的分压比，当接入最大的15Ω定值电阻时，滑动变阻器需要接入的阻值就是所需的最小最大阻值，保证所有定值电阻都能完成实验。
【解析】
解：
1. 推导定值电阻两端电压的最小值：
根据串联分压规律，串联电路中电压之比等于电阻之比，即$\frac{U-U_R}{U_R}=\frac{R_{滑}}{R_{定}}$。
当接入最大定值电阻$R_{定max}=15\ \Omega$，滑动变阻器接入最大阻值$R_{滑max}=30\ \Omega$时，定值电阻两端电压最小，代入电源电压$U=6\ \mathrm{V}$：
$\frac{6\ \mathrm{V}-U_{Rmin}}{U_{Rmin}}=\frac{30\ \Omega}{15\ \Omega}$，解得$U_{Rmin}=2\ \mathrm{V}$。
2. 推导定值电阻两端电压的最大值：
电流表量程为0~0.6A，滑动变阻器允许的最大电流为1A，因此电路允许的最大电流$I_{max}=0.6\ \mathrm{A}$。
当接入最小定值电阻$R_{定min}=5\ \Omega$时，定值电阻两端的电压最大，由欧姆定律$U=IR$得：
$U_{Rmax}=I_{max}R_{定min}=0.6\ \mathrm{A} × 5\ \Omega=3\ \mathrm{V}$，若控制电压超过3V，接入5Ω电阻时电流将超过0.6A，超出电流表量程。
因此定值电阻两端电压范围为$2\ \mathrm{V} ≤ U_R ≤ 3\ \mathrm{V}$。
3. 计算控制$U_R=1.5\ \mathrm{V}$时所需滑动变阻器的最大阻值：
此时滑动变阻器两端电压$U_{滑}=U-U_R=6\ \mathrm{V}-1.5\ \mathrm{V}=4.5\ \mathrm{V}$，由串联分压规律：
$\frac{U_{滑}}{U_R}=\frac{R_{滑}}{R_{定}}$，即$\frac{4.5\ \mathrm{V}}{1.5\ \mathrm{V}}=\frac{R_{滑}}{R_{定}}=3$。
当接入最大的15Ω定值电阻时，滑动变阻器需要接入的阻值最大，$R_{滑}=3×15\ \Omega=45\ \Omega$，即滑动变阻器最大阻值至少为45Ω。
【答案】
2；3；45
【知识点】
串联分压规律，欧姆定律，探究电流与电阻的关系
【点评】
本题是探究电流与电阻关系实验的经典拓展题，重点考察对实验控制变量逻辑的理解，很多同学容易忽略电流表量程对最大控制电压的限制，也容易错误选用小阻值定值电阻计算滑动变阻器的最大阻值要求，需要明确“要覆盖所有定值电阻完成实验，必须以最大定值电阻的情况来推导滑动变阻器的最小最大阻值”的核心逻辑。
【难度系数】
0.4

【分析】
这道题围绕“探究电流与电阻的关系”核心实验展开，解题思路按小问依次梳理：
1. 第一问：连接电路的基本安全操作，为避免接线过程中短路烧坏元件，开关必须断开；实物连线需要保证电压表并联在定值电阻两端，选择0~3V量程，匹配实验中控制定值电阻电压为2V的要求，同时保证电流从电压表正接线柱流入、负接线柱流出。
2. 第二问：本实验的变量是定值电阻的阻值，控制定值电阻两端电压不变，测量对应不同电阻下的电流，所以实验记录表的两个表头分别对应电阻、电流的物理量。
3. 第三问：闭合开关后，要调节滑动变阻器的滑片，改变接入电路的电阻，从而改变定值电阻两端电压，直到电压表示数达到预设的2V；读取电流表示数时，先确认量程为0~0.6A，分度值为0.02A，对应读数即可。
4. 第五问：利用串联分压规律分析，电源电压6V，若控制定值电阻两端电压为1.5V，滑动变阻器需要分担的电压为6V-1.5V=4.5V，分压比为1.5V:4.5V=1:3，说明滑动变阻器接入的阻值需要始终是定值电阻阻值的3倍，当最大的定值电阻20Ω接入时，需要滑动变阻器阻值至少为60Ω，对比题中给出的滑动变阻器最大阻值50Ω，即可判断能否完成实验。
【解析】
(1) 连接电路时，为保护电路元件，开关必须处于断开状态；实物连接要求电压表并联在定值电阻两端，选用0~3V量程，将电压表的“3”接线柱接定值电阻的右端，保证并联正确，完成连线。
(2) 本实验控制定值电阻两端电压恒定为2V，依次更换不同阻值的定值电阻，测量对应通过电阻的电流，因此表格①处为电阻R，②处为电流I。
(3) 闭合开关后，需要移动滑动变阻器的滑片，改变其接入电路的电阻，调节定值电阻两端电压直到电压表示数为2V；电流表选用0~0.6A量程，分度值0.02A，指针指向0.4A刻度线，因此读数为0.4A。
(5) 若控制定值电阻两端电压为1.5V，根据串联电路分压规律：$\frac{U_R}{U_滑}=\frac{R}{R_滑}$，代入$U_R=1.5\ \mathrm{V}$，$U_滑=6\ \mathrm{V}-1.5\ \mathrm{V}=4.5\ \mathrm{V}$，可得$R_滑=3R$。当接入最大的20Ω定值电阻时，需要滑动变阻器接入的阻值为$R_滑=3×20\ \Omega=60\ \Omega$，而题中滑动变阻器最大阻值仅为50Ω，小于所需的60Ω，因此无法完成全部4个定值电阻的实验。
【答案】
(1) 断开

(2) 电阻$R$ 电流$I$
(3) 移动变阻器的滑片 0.4
(5) 不能;变阻器的最大阻值小于 60 Ω
【知识点】
电路连接规范
探究电流与电阻的关系
串联分压规律
【点评】
本题是电学核心探究实验的常规考题，全面覆盖了实验操作细节、表格设计、电表读数、实验可行性分析多个考点，重点考察学生对控制变量法在本实验中的应用理解，最后一问的分压计算是易错点，需要学生理清串联电路电压和电阻的比例关系才能准确判断。
【难度系数】
0.6

【分析】
这道题是探究电流与电压、电阻关系的实验题，我们可以分步骤梳理思路：
1. 第(1)①问：闭合开关前滑动变阻器需要调到最大阻值处，若没移到最右端，接入电阻过小，根据串联分压规律，定值电阻两端电压会偏大，实验中电压表通常选用0~3V量程，电源电压为4.5V，就会出现电压表超量程的情况。
2. 第(1)④问：要得到电阻一定时电流和电压成正比的结论，核心判定依据就是电压和电流的比值恒定，对应I-U图像是过原点的倾斜直线，符合正比关系的特征。
3. 第(2)问：先根据串联分压规律，计算接入20Ω定值电阻、要保持其两端电压为2V时，滑动变阻器需要的最小阻值，对比现有滑动变阻器的最大阻值，明确分压不足的问题，再逐个分析选项，判断哪个方案能补足所需的分压电阻即可。
【解析】
(1) ① 若闭合开关前滑片没有移到最右端，滑动变阻器接入电路的阻值过小，定值电阻两端分得的电压会接近电源电压4.5V，实验中电压表一般选用0~3V量程，因此电压表指针的偏转可能超出量程。
④ 分析表格中的实验数据，每组对应的电压值与电流值的比值都等于定值电阻的阻值10Ω，是恒定不变的，满足正比关系的特征，因此可以得出电阻一定时，电流与电压成正比的结论。
(2) 接入20Ω定值电阻时，若要控制其两端电压为2V，滑动变阻器需要分担的电压为：$U_{滑}=U_{总}-U_{定}=4.5V-2V=2.5V$
根据串联电路分压规律$\frac{U_{滑}}{U_{定}}=\frac{R_{滑}}{R_{定}}$，代入数据得：$\frac{2.5V}{2V}=\frac{R_{滑}}{20Ω}$，解得需要滑动变阻器的阻值为$R_{滑}=25Ω$，而现有滑动变阻器最大阻值仅为20Ω，无法满足分压要求：
选项A：换用6V的电源，要保持定值电阻两端电压为2V，滑动变阻器需要分担4V，同理计算得需要滑动变阻器阻值为40Ω，现有滑动变阻器更无法满足，方案不可行；
选项B：将电压表改接为0~15V量程，仅扩大了电压表的测量范围，无法解决滑动变阻器分压不足的问题，定值电阻两端电压始终大于2V，方案不可行；
选项C：在开关与滑动变阻器之间串联一个10Ω的电阻，相当于额外增加了10Ω的分压电阻，此时可用于分压的总电阻最大为$20Ω+10Ω=30Ω≥25Ω$，可以满足分压要求，让20Ω定值电阻两端电压为2V，方案可行。
因此选C。
【答案】
(1) ① 电压 ③ 如图所示

④ 电压与电流的比为一定值 (2) C
【知识点】
滑动变阻器使用；电流与电压关系；串联分压规律
【点评】
本题属于电学探究实验的经典题型，覆盖了实验操作注意事项、正比结论的推导依据、实验优化方案分析多个考点，要求学生熟练掌握串联分压规律，能结合实验实际情况分析故障和改进方法，对知识的综合应用能力有一定考察。
【难度系数】
0.6