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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) 实验操作 闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P滑到最
(2) 实验操作 小华移动滑动变阻器的滑片P，使电压表示数为2 V，读出电流表示数后，断开开关S，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S，电压表示数如图乙所示，其示数是
【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的滑片P，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
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，若将电压表并联在了滑动变阻器两端，
(5) 实验分析 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
(6) 图像分析 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) 图像分析 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：
【拓展设问】
(8) 方案改进 小亮也用图甲所示的电路图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
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
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，请你写出一条改进建议：
【基础设施问】
(1) 实验操作 闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P滑到最
左
（填“左”或“右”）端。此实验中滑动变阻器的作用是保护电路和保持定值电阻两端电压不变
。(2) 实验操作 小华移动滑动变阻器的滑片P，使电压表示数为2 V，读出电流表示数后，断开开关S，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S，电压表示数如图乙所示，其示数是
2.4
V，要完成这次实验，接下来他应将滑动变阻器的滑片向左
（填“左”或“右”）端移动，并观察电压表
（填“电流表”或“电压表”），使其示数为2 V
。【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的滑片P，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
C
。（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，若将电压表并联在了滑动变阻器两端，
能
（填“能”或“不能”）得到电流与电阻的关系，理由是更换定值电阻后,调节滑动变阻器滑片P使电压表示数保持1 V不变即可
。(5) 实验分析 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
电压
；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电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比
。小华选用的滑动变阻器的最大阻值至少为25
Ω。(6) 图像分析 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
这两个小组所控制的定值电阻两端的电压不同
。(7) 图像分析 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：
C
（填“C”或“D”）同学的实验过程中存在问题，其存在的问题是没有控制电压表示数不变
。【拓展设问】
(8) 方案改进 小亮也用图甲所示的电路图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
2.5
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
20
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
作$I-\frac{1}{R}$图像
。④实验中需要不断更换定值电阻，操作复杂，请你写出一条改进建议：
用电阻箱替代定值电阻
。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P使电压表示数保持1 V不变即可
(5)电压 电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比 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$I-\frac{1}{R}$图像 ④用电阻箱替代定值电阻
【解析】 (3)改用$50\ \Omega$的电阻时,电路中的电流$I=\frac{U}{R}=\frac{2\ \mathrm{V}}{50\ \Omega}=0.04\ \mathrm{A}$,滑动变阻器连入电路的阻值$R_{\mathrm{滑}}=\frac{U_{\mathrm{滑}}}{I}=\frac{3\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{0.04\ \mathrm{A}}=25\ \Omega$,若滑动变阻器的最大阻值小于$25\ \Omega$,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”表示的物理量是电压。用$50\ \Omega$的电阻时,电路中的电流$I=0.04\ \mathrm{A}$,滑动变阻器接入电路中的阻值$R_{\mathrm{滑}}=25\ \Omega$,所以滑动变阻器最大阻值至少为$25\ \Omega$。
(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($50\ \Omega$)接入电路,当滑动变阻器接入电路中的阻值最大(为$10\ \Omega$)时,定值电阻两端的电压为$2.5\ \mathrm{V}$,故为使实验顺利完成,定值电阻两端的电压应不低于$2.5\ \mathrm{V}$。
②当控制定值电阻两端电压为$2\ \mathrm{V}$时,滑动变阻器两端电压为$1\ \mathrm{V}$,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的阻值最大(为$10\ \Omega$)时,定值电阻的阻值最大,由串联分压可知,$\frac{U_{\mathrm{滑}}'}{U_{R}'}=\frac{R_{\mathrm{滑}}'}{R'}$,代入数据得$\frac{1\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}=\frac{10\ \Omega}{R'}$,解得$R'=20\ \Omega$,故可以选用的定值电阻的最大阻值为$20\ \Omega$。③根据$I=\frac{U}{R}$可知,电压保持不变时,电流与电阻成反比关系。因$I=\frac{U}{R}=U· \frac{1}{R}$,即电压保持不变时,电流$I$与电阻的倒数成正比。故可作$I-\frac{1}{R}$图像。
(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P使电压表示数保持1 V不变即可
(5)电压 电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比 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$I-\frac{1}{R}$图像 ④用电阻箱替代定值电阻
【解析】 (3)改用$50\ \Omega$的电阻时,电路中的电流$I=\frac{U}{R}=\frac{2\ \mathrm{V}}{50\ \Omega}=0.04\ \mathrm{A}$,滑动变阻器连入电路的阻值$R_{\mathrm{滑}}=\frac{U_{\mathrm{滑}}}{I}=\frac{3\ \mathrm{V}-2\ \mathrm{V}}{0.04\ \mathrm{A}}=25\ \Omega$,若滑动变阻器的最大阻值小于$25\ \Omega$,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”表示的物理量是电压。用$50\ \Omega$的电阻时,电路中的电流$I=0.04\ \mathrm{A}$,滑动变阻器接入电路中的阻值$R_{\mathrm{滑}}=25\ \Omega$,所以滑动变阻器最大阻值至少为$25\ \Omega$。
(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($50\ \Omega$)接入电路,当滑动变阻器接入电路中的阻值最大(为$10\ \Omega$)时,定值电阻两端的电压为$2.5\ \mathrm{V}$,故为使实验顺利完成,定值电阻两端的电压应不低于$2.5\ \mathrm{V}$。
②当控制定值电阻两端电压为$2\ \mathrm{V}$时,滑动变阻器两端电压为$1\ \mathrm{V}$,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的阻值最大(为$10\ \Omega$)时,定值电阻的阻值最大,由串联分压可知,$\frac{U_{\mathrm{滑}}'}{U_{R}'}=\frac{R_{\mathrm{滑}}'}{R'}$,代入数据得$\frac{1\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{V}}=\frac{10\ \Omega}{R'}$,解得$R'=20\ \Omega$,故可以选用的定值电阻的最大阻值为$20\ \Omega$。③根据$I=\frac{U}{R}$可知,电压保持不变时,电流与电阻成反比关系。因$I=\frac{U}{R}=U· \frac{1}{R}$,即电压保持不变时,电流$I$与电阻的倒数成正比。故可作$I-\frac{1}{R}$图像。
解析
【分析】
本题探究“电流与电阻的关系”，核心运用控制变量法，需保持定值电阻两端电压不变，滑动变阻器兼具保护电路和控制定值电阻两端电压的作用。解题思路：①闭合开关前，滑动变阻器需调至最大阻值端，避免电流过大；②更换定值电阻后，根据串联分压规律，定值电阻阻值变大时分压增大，需调节滑动变阻器使其分压减小，保证定值电阻两端电压不变；③分析实验故障时，结合欧姆定律计算滑动变阻器所需阻值，判断其最大阻值是否足够；④判断电压表接滑动变阻器两端能否实验，需看是否能控制定值电阻两端电压不变；⑤I-R图像的面积为IR，对应定值电阻两端电压，滑动变阻器最大阻值可通过串联分压计算；⑥图像不同的原因是控制的定值电阻两端电压不同；⑦I-R图像中电流与电阻成反比的前提是电压不变，据此判断实验问题；⑧计算控制电压或定值电阻最大阻值时，利用串联分压公式，改进实验结合操作要点。
【解析】
(1) 闭合开关前，滑动变阻器应调至最大阻值处，由电路连接可知，滑片在最左端时接入电阻最大，故填“左”；探究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻两端电压不变，因此滑动变阻器的另一作用是保持定值电阻两端电压不变。
(2) 电压表选用0~3V量程，分度值为0.1V，示数为2.4V；将10Ω电阻换为20Ω电阻后，定值电阻分压增大，为使其两端电压回到2V，需增大滑动变阻器接入电路的电阻，故滑片应向左移动，观察电压表，使其示数为2V。
(3) 改用50Ω电阻时，电路电流I=U_R/R=2V/50Ω=0.04A，滑动变阻器需分压U滑=3V-2V=1V，由欧姆定律得滑动变阻器接入阻值R滑=U滑/I=1V/0.04A=25Ω，若滑动变阻器最大阻值小于25Ω，无法使定值电阻两端电压达到要求，故选C。
(4) 能；探究电流与电阻的关系时，只要调节滑动变阻器滑片，使滑动变阻器两端电压保持不变，定值电阻两端电压（电源电压减去滑动变阻器两端电压）也保持不变，即可得到电流与电阻的关系。
(5) 阴影部分面积为横坐标（电阻R）与纵坐标（电流I）的乘积，由U=IR可知，该面积表示电压；由图像可知，电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；当接入50Ω电阻时，滑动变阻器需接入25Ω，故滑动变阻器最大阻值至少为25Ω。
(6) 由I=U/R可知，当定值电阻两端电压U不同时，相同电阻对应的电流不同，因此图像不同的原因是两个小组控制的定值电阻两端电压不同。
(7) C同学的实验存在问题，因为探究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻两端电压不变，而C同学的图像不符合电流与电阻成反比的规律，说明他没有控制电压表示数不变。
(8) ①电源电压为3V，滑动变阻器最大阻值为10Ω，当接入50Ω定值电阻时，设控制的定值电阻两端电压为U，根据串联分压：U/(3V-U)=50Ω/10Ω，解得U=2.5V，故应控制定值电阻两端电压不低于2.5V；②当控制定值电阻两端电压为2V时，滑动变阻器两端电压为1V，由串联分压规律：1V/2V=10Ω/R'，解得R'=20Ω，故可选用的定值电阻最大阻值为20Ω；③根据I=U/R，电压不变时，电流I与电阻的倒数1/R成正比，因此改进方法为作I-1/R图像；④用电阻箱替代定值电阻，无需更换电阻，操作更简便。
【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P使电压表示数保持1 V不变即可
(5)电压 电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比 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$I-\frac{1}{R}$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】
本题为电学实验综合题，围绕“电流与电阻的关系”实验展开，考查控制变量法的应用、滑动变阻器的操作、欧姆定律的计算、实验故障分析及改进，综合性较强，需学生熟练掌握实验核心原理和操作要点，对学生的分析计算能力要求较高。
【难度系数】
0.5
本题探究“电流与电阻的关系”，核心运用控制变量法，需保持定值电阻两端电压不变，滑动变阻器兼具保护电路和控制定值电阻两端电压的作用。解题思路：①闭合开关前，滑动变阻器需调至最大阻值端，避免电流过大；②更换定值电阻后，根据串联分压规律，定值电阻阻值变大时分压增大，需调节滑动变阻器使其分压减小，保证定值电阻两端电压不变；③分析实验故障时，结合欧姆定律计算滑动变阻器所需阻值，判断其最大阻值是否足够；④判断电压表接滑动变阻器两端能否实验，需看是否能控制定值电阻两端电压不变；⑤I-R图像的面积为IR，对应定值电阻两端电压，滑动变阻器最大阻值可通过串联分压计算；⑥图像不同的原因是控制的定值电阻两端电压不同；⑦I-R图像中电流与电阻成反比的前提是电压不变，据此判断实验问题；⑧计算控制电压或定值电阻最大阻值时，利用串联分压公式，改进实验结合操作要点。
【解析】
(1) 闭合开关前，滑动变阻器应调至最大阻值处，由电路连接可知，滑片在最左端时接入电阻最大，故填“左”；探究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻两端电压不变，因此滑动变阻器的另一作用是保持定值电阻两端电压不变。
(2) 电压表选用0~3V量程，分度值为0.1V，示数为2.4V；将10Ω电阻换为20Ω电阻后，定值电阻分压增大，为使其两端电压回到2V，需增大滑动变阻器接入电路的电阻，故滑片应向左移动，观察电压表，使其示数为2V。
(3) 改用50Ω电阻时，电路电流I=U_R/R=2V/50Ω=0.04A，滑动变阻器需分压U滑=3V-2V=1V，由欧姆定律得滑动变阻器接入阻值R滑=U滑/I=1V/0.04A=25Ω，若滑动变阻器最大阻值小于25Ω，无法使定值电阻两端电压达到要求，故选C。
(4) 能；探究电流与电阻的关系时，只要调节滑动变阻器滑片，使滑动变阻器两端电压保持不变，定值电阻两端电压（电源电压减去滑动变阻器两端电压）也保持不变，即可得到电流与电阻的关系。
(5) 阴影部分面积为横坐标（电阻R）与纵坐标（电流I）的乘积，由U=IR可知，该面积表示电压；由图像可知，电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；当接入50Ω电阻时，滑动变阻器需接入25Ω，故滑动变阻器最大阻值至少为25Ω。
(6) 由I=U/R可知，当定值电阻两端电压U不同时，相同电阻对应的电流不同，因此图像不同的原因是两个小组控制的定值电阻两端电压不同。
(7) C同学的实验存在问题，因为探究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻两端电压不变，而C同学的图像不符合电流与电阻成反比的规律，说明他没有控制电压表示数不变。
(8) ①电源电压为3V，滑动变阻器最大阻值为10Ω，当接入50Ω定值电阻时，设控制的定值电阻两端电压为U，根据串联分压：U/(3V-U)=50Ω/10Ω，解得U=2.5V，故应控制定值电阻两端电压不低于2.5V；②当控制定值电阻两端电压为2V时，滑动变阻器两端电压为1V，由串联分压规律：1V/2V=10Ω/R'，解得R'=20Ω，故可选用的定值电阻最大阻值为20Ω；③根据I=U/R，电压不变时，电流I与电阻的倒数1/R成正比，因此改进方法为作I-1/R图像；④用电阻箱替代定值电阻，无需更换电阻，操作更简便。
【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P使电压表示数保持1 V不变即可
(5)电压 电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比 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$I-\frac{1}{R}$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】
本题为电学实验综合题，围绕“电流与电阻的关系”实验展开，考查控制变量法的应用、滑动变阻器的操作、欧姆定律的计算、实验故障分析及改进，综合性较强，需学生熟练掌握实验核心原理和操作要点，对学生的分析计算能力要求较高。
【难度系数】
0.5
