三、解答题
20. 某兴趣小组在探究额定电压为2.5 V的小灯泡的电阻随温度变化规律时,他们先进行了如下猜想.
猜想一:小灯泡的电阻可能随温度的升高而增大;
猜想二:小灯泡的电阻可能随温度的升高而减小;
猜想三:小灯泡的电阻不随温度的变化而变化.
接下来他们设计了如图所示的实验电路进行探究,他们具体的探究过程为:
(1) 完成电路连接,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应移到最(左/右)端.
(2) 闭合开关后,发现小灯泡不亮,电压表无示数,电流表有示数,移动滑动变阻器的滑片时,电流表的示数发生变化,则故障原因可能是小灯泡(断路/短路).
(3) 故障排除后,进行实验并记录了前4组数据如下表所示,第5次实验的电流值如图所示,则电流大小为A.



(4) 根据上表记录的实验数据,在如图所示的坐标中绘出小灯泡的电流随电压变化的大致图象.通过图象分析可知,小灯泡的电阻随温度的升高而(增大/不变/减小).

20. (1) 左 (2) 短路 (3) 0.48 (4) 增大

【分析】
本题围绕探究小灯泡电阻随温度变化的实验展开，需逐一分析各小问：1. 闭合开关前滑动变阻器需调至最大阻值保护电路，根据电路接线判断滑片位置；2. 结合电流表、电压表的示数及灯泡现象分析电路故障；3. 先确定电流表量程和分度值，再读取指针示数；4. 通过计算不同电压下的电阻，分析电阻随温度的变化规律。
【解析】
(1) 闭合开关前，滑动变阻器应接入最大阻值以保护电路。由实验电路可知，滑片移至左端时，滑动变阻器接入的电阻丝最长，阻值最大，故填“左”。
(2) 电流表有示数说明电路为通路，移动滑片时电流变化，说明滑动变阻器正常工作；电压表无示数且小灯泡不亮，说明小灯泡短路（若小灯泡断路，电流表无示数，不符合题意），故填“短路”。
(3) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，指针指向0.4A后第4小格，读数为0.4A + 4×0.02A = 0.48A，故填“0.48”。
(4) 根据实验数据描点绘制I-U图象，利用R=U/I计算各次实验的电阻，发现电压越高（小灯泡功率越大，温度越高），电阻越大，故小灯泡电阻随温度升高而“增大”。
【答案】
(1)左 (2)短路 (3)0.48 (4)增大
【知识点】
滑动变阻器的使用、电路故障分析、电阻与温度的关系
【点评】
本题是电学实验的基础综合题，涵盖实验操作、故障判断、电表读数和规律探究，考查学生对电学实验基本技能和核心规律的掌握，难度适中。
【难度系数】
0.6

21. (2024·河南)小华用图1所示的电路探究电流与电压、电阻的关系.电源电压恒为4.5 V,滑动变阻器最大阻值为20 Ω.
(1) 她先用阻值为10 Ω的定值电阻探究电流与电压的关系.
① 图1是根据设计的电路图连接的实物电路,请在虚线框中画出该电路图.
② 闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到最右端,否则,闭合开关时(电流表/电压表)指针的偏转可能超出所用量程.
③ 闭合开关,移动滑片,记录了如表数据.第5次的电压表和电流表的示数如图2、3所示,请将示数填入表中.

④ 请在图4中描出表中各组数据对应的点,并根据描出的点画出$I-U$图象.
⑤ 分析表中数据或图象的特点,可得出:电阻一定时,电流与电压成正比.得出此结论的理由是.

(2) 接下来,她用原电路探究电压一定时,电流与电阻的关系.先调节滑片,使电压表示数为2 V,记录电流表示数;然后断开开关,将10 Ω电阻依次换成5 Ω、15 Ω电阻,闭合开关,移动滑片,使电压表示数仍为2 V,记录电流表示数.当换成20 Ω电阻后,发现电压表示数始终不能为2 V,为了完成实验,下列方案可行的是(填字母代号).
A. 换用电压为6 V的电源
B. 把电压表改接为0～15 V量程
C. 在开关与滑动变阻器之间串联一个10 Ω的电阻

21. (1) ① ② 电压表 ③ 2.8 0.28 ④ ⑤ 电压与电流的比为一定值 (2) C

【分析】
本题为电学探究实验题，分为探究电流与电压的关系、探究电流与电阻的关系两部分，需结合串联电路特点、欧姆定律及控制变量法分析：
1. 探究电流与电压的关系：控制定值电阻阻值不变，改变其两端电压，记录对应电流，分析两者比例关系。
①画电路图：根据实物连接，明确各元件连接方式（定值电阻与滑动变阻器串联，电流表测总电流，电压表测定值电阻电压），绘制对应电路图。
②闭合开关前滑动变阻器需调至最大阻值，若未调则接入电阻过小，定值电阻两端电压过大，超过电压表量程，导致电压表指针超量程。
③读取电表示数：根据电表量程和分度值，读取第5次的电压、电流值。
④描点画I-U图象：根据表格数据在坐标图描点，用直线连接（因成正比）。
⑤结论理由：电阻一定时，电压与电流的比值为定值，即电压变化倍数与电流变化倍数相同，故电流与电压成正比。
2. 探究电流与电阻的关系：控制定值电阻两端电压不变，更换电阻后调节滑动变阻器；当换20Ω电阻时，原滑动变阻器最大阻值不足，无法使定值电阻两端电压降到2V，需增大电路总电阻，结合选项判断可行方案。
【解析】
(1) ① 电路图绘制：电源正极→电流表→定值电阻→滑动变阻器→开关→电源负极，电压表并联在定值电阻两端，对应实物连接。
② 闭合开关前滑动变阻器滑片应移到最大阻值处，若未移，滑动变阻器接入电阻过小，定值电阻两端电压接近电源电压4.5V，而电压表量程为0~3V，故电压表指针可能超量程，答案为电压表。
③ 电压表量程0~3V，分度值0.1V，示数为2.8V；电流表量程0~0.6A，分度值0.02A，示数为0.28A。
④ 根据表格数据在I-U图中描出对应点，用直线连接各点，得到过原点的直线。
⑤ 分析数据：电阻一定时，每组数据中电压与电流的比值（定值电阻阻值）为定值，即U/I=R（定值），说明电流随电压的增大而增大，且变化倍数相同，故得出电阻一定时电流与电压成正比。
(2) 探究电流与电阻关系时，控制定值电阻两端电压为2V，电源电压4.5V，滑动变阻器需分担2.5V电压。当定值电阻换为20Ω时，根据串联分压规律，滑动变阻器所需阻值R滑=(U滑/U定)R定=(2.5V/2V)×20Ω=25Ω，原滑动变阻器最大阻值为20Ω，无法满足要求。
选项A：换用6V电源，需滑动变阻器分担4V，所需R滑=(4V/2V)×20Ω=40Ω，更无法满足，不可行。
选项B：电压表改接0~15V量程，无法解决电压表示数无法达到2V的问题，不可行。
选项C：在开关与滑动变阻器之间串联10Ω电阻，增大了电路总电阻，使滑动变阻器可调节的总阻值增大，能满足分压需求，可行，故选C。
【答案】
(1) ① ② 电压表 ③ 2.8；0.28 ④ ⑤ 电压与电流的比值为定值 (2) C
【知识点】
探究电流与电压的关系；探究电流与电阻的关系；欧姆定律的应用
【点评】
本题为电学综合实验题，涵盖电路图绘制、电表示数读取、实验结论分析、实验故障解决等知识点，重点考查控制变量法在探究电流与电压、电阻关系实验中的应用，需熟练掌握串联电路分压规律和欧姆定律的应用，难度中等。
【难度系数】
0.5