探究電流與電阻的關(guān)系是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重點(diǎn)，也是近年來(lái)中考命題的熱點(diǎn)。下面以2023年沈陽(yáng)中考物理試卷第24題為例，探討本實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)及解題思路。

原題再現(xiàn)

例 如圖1，在“探究電流與電壓和電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，電源兩端電壓為3V且保持不變，滑動(dòng)變阻器規(guī)格為“25 Ω 1A”。

（1）探究電流與電壓的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示，請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將實(shí)物圖連接完整。

（2）閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電壓表無(wú)示數(shù)，電流表有示數(shù)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電壓表仍無(wú)示數(shù)，電流表示數(shù)有變化。若電路故障只有一處，則故障可能是定值電阻R發(fā)生______（選填“短路”或“斷路”）。

（3）排除故障后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：

其中第5次實(shí)驗(yàn)中電流表示數(shù)如圖乙所示，為_(kāi)______A。

（4）分析表格中數(shù)據(jù)得出電流與電壓的定量關(guān)系：在電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓______。

（5）利用這個(gè)電路繼續(xù)探究電流與電阻的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中分別接人阻值為5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω的定值電阻，且每次只接入一個(gè)定值電阻，同時(shí)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，觀察電壓表和電流表的示數(shù)。實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的目的是________；不改變現(xiàn)有器材的規(guī)格，設(shè)定的電壓表示數(shù)應(yīng)不低于________V，才能保證五次實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，得出正確結(jié)論。

破解策略

（1）由于電源電壓為3V，所以電壓表選用0～3V的量程與定值電阻并聯(lián)。

（2）串聯(lián)電路故障分析的解題策略：A定性，V定位，同在外，反在內(nèi)。即電流表定性，電壓表定位。若電流表無(wú)示數(shù)，則是斷路；若電流表有示數(shù)，則是短路。若電壓表和電流表表現(xiàn)相同，則故障發(fā)生在電壓表所測(cè)元件以外的位置；若電壓表和電流表表現(xiàn)相反，則故障發(fā)生在電壓表所測(cè)元件以內(nèi)的位置。本題中閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電流表示數(shù)有變化，則電路為通路，故障為短路；電壓表無(wú)示數(shù)，與電流表表現(xiàn)相反，則為內(nèi)部故障，即內(nèi)短，所以故障原因可能是定值電阻R短路。

（3）由乙圖可知，電流表的量程為0～0.6 A，分度值為0.02 A，示數(shù)為0.5 A。

（4）由表格數(shù)據(jù)可知，電壓增大時(shí)，電流也增大，且電壓與電流的比值是定值，所以可以得出的結(jié)論是：在電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。注意，描述電流與電壓或電阻的關(guān)系時(shí)，必須寫出條件“在……一定時(shí)”，且將“電流”寫在前面。

（5）研究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，要控制定值電阻兩端的電壓不變，實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的目的就是控制定值電阻兩端的電壓不變?；瑒?dòng)變阻器與定值電阻串聯(lián)，當(dāng)每次滑動(dòng)變阻器連入阻值最大時(shí)，定值電阻分壓為最小值。改變定值電阻的阻值，若滑動(dòng)變阻器始終接入最大阻值，接人電路的定值電阻越大，其最小分壓越大，為了控制所有定值電阻接入電路時(shí)兩端的電壓相同，即每個(gè)定值電阻兩端電壓都能達(dá)到這個(gè)值，所有定值電阻分壓最小值中需要取最大的，即定值電阻和滑動(dòng)變阻器都取最大值時(shí)，定值電阻兩端的電壓就是定值電阻兩端電壓設(shè)定值的最小值。設(shè)電壓表示數(shù)為U定，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，滑動(dòng)變阻器分得的電壓為U滑=U- U定，根據(jù)串聯(lián)分壓跟電阻成正比有R定/R滑=U定/U滑，即R定/R滑=U定/U-U定，代人數(shù)據(jù)得25Ω/25Ω=U定/3V-U定，解得電壓表的示數(shù)U定=1.5 V，即控制定值電阻兩端電壓不低于1.5 V時(shí)，才能使實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

答案：（1）如圖2 （2）短路 （3）0.5 （4）成正比 （5）控制定值電阻兩端的電壓不變 （6）1.5

拓展延伸

1．小亮同學(xué)用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)器材探究“電流與電阻的關(guān)系”，電源電壓恒為6V，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“30 Ω 0.5 A”字樣，阻值分別為5 Ω、10 Ω、15 Ω和20 Ω的定值電阻R各一個(gè)。

（1）圖中有一根導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，請(qǐng)?jiān)谠搶?dǎo)線上畫(huà)“×”并在圖上改正。（所畫(huà)的導(dǎo)線用實(shí)線且不能交叉。）

（2）改正錯(cuò)誤后，閉合開(kāi)關(guān)，小明發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0，電壓表示數(shù)很大，故障原因可能是_______。

（3）排除故障后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小亮把5 Q的定值電阻接入電路中，此時(shí)電流表的示數(shù)為0.4 A；接著實(shí)驗(yàn)，他斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，把5 Ω的定值電阻換成10 Ω，閉合開(kāi)關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片向________（填“左”或“右”）移動(dòng)，直至電壓表的示數(shù)為_(kāi)_______。

（4）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)他把15 Ω的定值電阻換成20 Ω后，發(fā)現(xiàn)即使把滑片P滑到最右端，電壓表的示數(shù)也不能減小到想要的數(shù)值，這樣就不能完成實(shí)驗(yàn)了。要想完成實(shí)驗(yàn)，若只更換滑動(dòng)變阻器，則滑動(dòng)變阻器的最大阻值不小于______Ω。

深度變換

第1題是已知U電源、U定，R定若干，求R滑規(guī)格，將其進(jìn)行深度變換后，還可以延伸出如下問(wèn)題。

變換1：已知U電源、U定、R滑規(guī)格，求R定范圍。

2．探究“電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，電源電壓恒為6V，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“30 Ω0.5 A”字樣，電流表量程為0- 0.6 A，電壓表量程為0-3V，控制定值電阻兩端的電壓保持2V不變，則定值電阻的可選范圍是______。

變式2：已知U電源、R滑規(guī)格，R定若干，求U定范圍。

3.探究“電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，電源電壓恒為6 V，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“30 Ω0.5 A”字樣，電流表量程為O- 0.6 A，電壓表的量程為0-3V，定值電阻可取5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω，則定值電阻兩端電壓設(shè)定值的范圍是______。

變式3：已知U定、R滑規(guī)格，R定若干，求U電源范圍。

4.探究“電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“30 Ω 0.5 A”字樣，電流表量程為0～ 0.6 A，電壓表的量程為0-3V，定值電阻可取5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω，則電源電壓可選范圍是

答案：1．（1）如圖4 （2）R斷路

（3）右 2V （4）40

2.4 - 15 Ω

3. 2.4～2.5 V

4.2～5V

（作者單位：沈陽(yáng)市實(shí)驗(yàn)學(xué)校）