1 在探究“电流与电阻的关系”的实验中，某小组设计了如图甲所示的实验电路。选用的器材有：两节新干电池，电流表、电压表各一只，开关一个，阻值分别为10 Ω、20 Ω、30 Ω、50 Ω的定值电阻各一个，滑动变阻器一个，导线若干。

【基础设施问】
(1)闭合开关前，应将滑动变阻器滑片滑到最（填“左”或“右”）端。此实验中滑动变阻器的作用是保护电路和。
(2)小华移动滑动变阻器滑片，使电压表示数为2 V，读出电流表示数后，断开开关，他直接拆下10 Ω的电阻，改换成阻值为20 Ω的电阻继续做实验，闭合开关，电压表示数如图乙所示，其示数是V，要完成这次实验，接下来他应将滑动变阻器滑片向（填“左”或“右”）端移动，并观察（填“电流表”或“电压表”），使其示数为。
【能力设问】
(3)当小华改用50 Ω的电阻继续实验时，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，都无法使电压表示数达到实验要求的值，你认为原因可能是。（填字母）
A.滑动变阻器的最大阻值太大
B.电压表量程选小了
C.滑动变阻器的最大阻值太小
(4)小华在进行实验时，若将电压表并联在滑动变阻器两端，（填“能”或“不能”）得到电流与电阻的关系，理由是。
(5)小华利用收集到的多组数据，作出了如图丙所示的电流I随电阻R变化的关系图像，图中阴影部分“面积”表示的物理量是；进一步研究发现由图线上任意一点和坐标轴围成的矩形“面积”大小都相等，由此可得出的实验结论是。小华选用的滑动变阻器的最大阻值至少为Ω。
(6)小组间交流时，发现相邻两个小组在相同的坐标系中画出的图像如图丁、戊所示，你认为他们的图像不同的原因是。

(7)小华又发现C、D同学先后进行多次实验，作出的I-R图像如图己所示，请指出：（填“C”或“D”）同学的实验过程中存在问题，其存在的问题是。
【拓展设问】
(8) 方案改进 小亮也用图甲所示的电路探究电流与电阻的关系，电源为两节新干电池，小亮选用的滑动变阻器的规格为“10 Ω 1 A”。
①若题述4个定值电阻均能完成实验，则应控制定值电阻两端电压不低于V。
②若控制定值电阻两端电压为2 V，则小亮可以选用的定值电阻的最大阻值为Ω。
③小亮认为小华作出的I-R图像为曲线，看起来不直观，于是将图像进行了变换，从而直观地判断出了I与R的关系，小亮的改进方法为。
④实验中需要不断更换定值电阻，操作复杂，请你提出一条改进建议：。

1.(1)左 保持定值电阻两端电压不变
(2)2.4 左 电压表 2 V
(3)C
(4)能 更换定值电阻后,调节滑动变阻器滑片使电压表示数保持1 V不变即可
(5)电压 电压一定时,电流与电阻成反比 25
(6)这两个小组所控制的定值电阻两端的电压不同
(7)C 没有控制电压表示数不变
(8)①2.5 ②20 ③作$I-\dfrac{1}{R}$图像 ④用电阻箱替代定值电阻
【解析】
(3)改用50 Ω的电阻时,电路中的电流$I=\dfrac{U}{R}=\dfrac{2\ \mathrm{V}}{50\ \Omega}=0.04\ \mathrm{A}$,滑动变阻器连入电路的阻值$R_{\mathrm{滑}}=\dfrac{U_{\mathrm{滑}}}{I}=\dfrac{3\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{0.04\ \mathrm{A}}=25\ \Omega$,若滑动变阻器的最大阻值小于25 Ω,把滑动变阻器阻值全部接入电路,滑动变阻器分得的电压还是较小,不能使定值电阻两端电压达到要求的值。
(5)阴影部分“面积”可由横坐标和纵坐标的乘积得出,由$U=IR$可知,阴影部分面积为电压。用50 Ω的电阻时,电路中的电流$I=I_R=\dfrac{U}{R}=\dfrac{2\ \mathrm{V}}{50\ \Omega}=0.04\ \mathrm{A}$,滑动变阻器接入电路中的阻值$R_{\mathrm{滑}}=\dfrac{U_{\mathrm{滑}}}{I}=\dfrac{3\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{0.04\ \mathrm{A}}=25\ \Omega$,所以滑动变阻器最大阻值至少为25 Ω。
(8)①探究电流与电阻的关系时,接入电路的定值电阻的阻值越大,滑动变阻器需要接入电路的阻值越大,将题中所给的最大的定值电阻(50 Ω)接入电路,当滑动变阻器接入电路中的阻值最大(为10 Ω)时,定值电阻两端的电压为2.5 V,故为使实验顺利完成,定值电阻两端的电压应不低于2.5 V。
②当控制定值电阻两端电压为2 V时,滑动变阻器两端电压为1 V,由①知,在探究电流与电阻的关系时,接入电路的定值电阻的阻值越大,滑动变阻器需要接入电路的阻值越大。故当滑动变阻器接入电路中的阻值最大(为10 Ω)时,定值电阻的阻值最大,由串联分压可知,$\dfrac{U'_{\mathrm{滑}}}{U'_R}=\dfrac{R'_{\mathrm{滑}}}{R'}$,代入数据得$\dfrac{1\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}=\dfrac{10\ \Omega}{R'}$,解得$R'=20\ \Omega$,故可以选用的定值电阻的最大阻值为20 Ω。
③根据$I=\dfrac{U}{R}$可知,电压保持不变时,电流与电阻成反比关系。因$I=\dfrac{U}{R}=U·\dfrac{1}{R}$,即电压保持不变时,电流I与电阻的倒数成正比。故可作$I-\dfrac{1}{R}$图像。

【分析】
本题是探究“电流与电阻的关系”的电学实验综合题，核心思路围绕控制变量法（保持定值电阻两端电压不变）展开：闭合开关前滑动变阻器需调至最大阻值保护电路，实验中滑动变阻器需维持定值电阻两端电压恒定；更换定值电阻后，定值电阻分压变化，需调节滑动变阻器重新控制电压；结合欧姆定律可分析滑动变阻器的阻值要求、实验结论及图像差异，拓展设问需运用串联分压规律计算，改进方案围绕简化实验操作、直观呈现关系设计。
【解析】
(1) 闭合开关前，滑动变阻器应调至最大阻值处，由电路结构可知滑片滑到最左端时阻值最大；探究电流与电阻的关系需控制定值电阻两端电压不变，因此滑动变阻器作用为保护电路和保持定值电阻两端电压不变。
(2) 图乙电压表量程为0~3V，分度值0.1V，示数为2.4V；换用20Ω电阻后，定值电阻分压增大，需增大滑动变阻器接入阻值，故滑片向左移动，观察电压表示数，使其回到设定的2V。
(3) 改用50Ω电阻时，电路电流$I=\frac{U_R}{R}=\frac{2\ \mathrm{V}}{50\ \Omega}=0.04\ \mathrm{A}$，滑动变阻器需分担电压$U_{\mathrm{滑}}=3\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}=1\ \mathrm{V}$，则滑动变阻器需接入阻值$R_{\mathrm{滑}}=\frac{U_{\mathrm{滑}}}{I}=\frac{1\ \mathrm{V}}{0.04\ \mathrm{A}}=25\ \Omega$，若滑动变阻器最大阻值小于25Ω，无法满足要求，故选C。
(4) 电压表并联在滑动变阻器两端时，只要调节滑片使电压表示数保持1V不变，定值电阻两端电压$=3\ \mathrm{V}-1\ \mathrm{V}=2\ \mathrm{V}$恒定，仍能控制变量，故能得到电流与电阻的关系。
(5) 阴影部分面积为$I× R=U$，即电压；由I-R图像可知，I与R的乘积为定值，故结论：电压一定时，电流与电阻成反比；用50Ω电阻时滑动变阻器需接入25Ω，因此滑动变阻器最大阻值至少25Ω。
(6) I-R图像的面积为定值电阻两端电压，面积不同说明控制的定值电阻两端电压不同，故图像不同。
(7) 探究电流与电阻关系时，I与R的乘积（电压）应不变，C同学的图像中$I× R$变化，故C同学未控制电压表示数不变，存在问题。
(8) ① 最大定值电阻为50Ω，滑动变阻器最大10Ω，串联分压：$\frac{U_R}{3\ \mathrm{V}-U_R}=\frac{50\ \Omega}{10\ \Omega}$，解得$U_R=2.5\ \mathrm{V}$，故定值电阻两端电压不低于2.5V；
② 控制定值电阻两端电压为2V时，滑动变阻器电压为1V，串联分压：$\frac{1\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}=\frac{10\ \Omega}{R}$，解得$R=20\ \Omega$，故最大定值电阻为20Ω；
③ 由$I=\frac{U}{R}$，U不变时，I与$\frac{1}{R}$成正比，故作$I-\frac{1}{R}$图像更直观；
④ 用电阻箱替代定值电阻，无需更换电阻，操作更简单。
【答案】
(1)左 保持定值电阻两端电压不变
(2)2.4 左 电压表 2 V
(3)C
(4)能 更换定值电阻后,调节滑动变阻器滑片使电压表示数保持1 V不变即可
(5)电压 电压一定时,电流与电阻成反比 25
(6)这两个小组所控制的定值电阻两端的电压不同
(7)C 没有控制电压表示数不变
(8)①2.5 ②20 ③作$I-\dfrac{1}{R}$图像 ④用电阻箱替代定值电阻
【知识点】
探究电流与电阻的关系、滑动变阻器的作用、欧姆定律的应用
【点评】
本题为初中电学核心实验的综合考查题，涵盖实验操作、原理应用、数据处理及改进方案，重点考查控制变量法的运用，需学生熟练掌握实验细节与欧姆定律计算，是电学实验的典型题型。
【难度系数】
0.3