17.1 电流与电压和电阻的关系
课堂学习任务
知识点一：探究电流与电压的关系
实验方法：（1）实验中控制不变的物理量是什么？采用的实验方法是？
如何改变定值电阻两端的电压？
实验电路图
实验现象：你能观察到什么？
当一个用电器两端的电压增大到原来的2倍，则通过该用电器的电流
如何证明电流与电压成正比？图像？数据表格？
结论：在 一定时， 与 成正比。
该实验多次测量的目的是：
通过实验，你觉得在过程中有哪些注意事项
知识点二：探究电流与电阻的关系
实验方法：（1）实验中控制不变的物理量是什么？采用的实验方法是？
如何让定值电阻两端的电压不变？当电阻由5Ω、10Ω、15Ω依次变大时，滑变怎么变化？滑片怎么移动？
实验电路图
实验现象：你能观察到什么？
如何证明电流与电阻成反比？
结论：在 一定时， 与 成正比。
该实验多次测量的目的是：
实验评估：（1）通过实验，你觉得在过程中有哪些注意事项？
（2）比较两个实验的异同点
二、即时练习
某实验小组要探究电流与电压、电阻的关系：
【设计实验】
小组制定实验计划，选用合适的电源、滑动变阻器、电流表、电压表、内装三个定值电阻（R1＝5Ω、R2＝10Ω、R3＝15Ω）的电阻盒等器材，并设计好电路图（如图甲所示）。
（1）考虑到电流的大小与两个因素有关，该实验需要采用的研究方法是______；
（2）该实验中，滑动变阻器的作用是 ______； ______；
【进行实验和收集数据】
（3）移动滑动变阻器的滑片，实验小组测得多组数据并分别录入表格中，其中，换用R3做实验时少录入一个电流值，电流表指针位置如图乙所示，该电流记作 ______A；
电压U/V 1 2 3 ……
R1电流I1/A 0.2 0.4 0.6
R2电流I2/A 0.1 0.2 0.3
R3电流I3/A 0.06 0.2
【分析和论证】
（4）比较表中任何一行测得的数据，可以得出的结论是 ______；
（5）比较表中任何一列测得的数据，可以得出的结论是 ______；
【评估】
在评估环节，有组员提出了“能否采用图象法进行数据分析”的意见。除此以外，你还能从哪两个方面对该实验进行评估？______； ______。
三、随堂练习
1．小刚同学用如图电路探究“一段电路中电流跟电阻的关系”。在此实验过程中，当A、B两点间的电阻由5Ω更换为10Ω后，为了探究上述问题，他应该采取的唯一操作是（ ）
A．保持滑动变阻器滑片不动 B．将滑动变阻器滑片适当向右移动
C．将滑动变阻器滑片适当向左移动 D．将电池个数增加
2．小张同学在“探究通过导体的电流与其两端电压的关系”时，将记录的实验数据通过整理作出了如图所示的图像。分析图像可知，通过导体甲的电流与其两端的电压成 ；将甲、乙两导体并联后接到电压为的电源上，干路中的电流为 A。
3．晓晨所在的实验小组探究“电流与电阻的关系”时，所用三个定值电阻的阻值分别是5Ω、10Ω、15Ω， 滑动变阻器标有“50Ω 1A”字样。
（1）图甲是晓晨组画出的实验电路图，图乙是连接好的部分实验电路，请你根据电路图用笔画线代替导线将实物电路连接完整；( )
（2）连接电路时，开关应处于 状态。实验时，晓晨先将5Ω的电阻连入电路中，闭合开关前，应将滑动变阻器的金属滑片移动到最 （选填“左”或“右”）端；
（3）检查电路连接无误，闭合开关，观察到电流表有示数，但电压表指针不偏转，这可能是5Ω的定值电阻 （选填“开路”或“短路”）造成的；故障排除后，移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为1.5V，电流表的示数如图丙，则电路中的电流为 A；
（4）断开开关，依次使用10Ω和15Ω的电阻重复上述过程，实验数据如表一所示：
表一
电阻R/Ω 5 10 15
电流I/A 0.15 0.10
表二
电阻R/Ω 5 10 15
电流I/A 0.4 0.20 0.13
表二是晓华组记录的实验数据。分析两组的实验数据可以得到相同的结论，但是晓晨发现两个小组使用的实验器材完全相同，通过定值电阻的电流却不相同，原因是 。
4．小玲连接了如甲图所示的电路，探究电流与电阻的关系，实验中电源电压为4.5V恒定不变，电流表选用“0~0.6A”量程，电压表选用“0~3V”量程，滑动变阻器规格为“ 1A”。
（1）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P移至 （选填“最右”或“最左”）端；
（2）闭合开关后，电流表和电压表示数为0，移动滑片P，两表指针不偏转。将与电压表“-”接线柱相连的导线从D端拆下，试触C点，电压表指针不偏转，试触B点，电压表指针偏转，若电路中只有一处故障，则可能是 ；
（3）排除故障后，在实验进行中，得到电流表示数如乙图所示，其示数为 A；
（4）若要控制电阻R两端的电压为3V不变，则所选取定值电阻的最大阻值是 ；
（5）小玲在得出电流与电阻的定量关系后，要测量一个标记不清的定值电阻阻值（约为），利用现有器材，设计了如乙图所示的电路（电压表改用0~15V）。
①闭合开关，将滑动变阻器接入最大阻值时，记录电压表示数为；
② ，记录电压表示数为；
③得出了定值电阻阻值的表达式： （用、、表示）。
5．小明想探究“电流与电压、电阻的关系”，实验器材及规格：电源电压恒为4.5V， 定值电阻5Ω、10Ω、15Ω、20Ω各一只， 滑动变阻器（规格为“40Ω1A”），电压表（0~3V），电流表（0~0.6A），开关，导线若干。
实验次序 1 2 3 4
U/V 2.0 3.0 4.0 5.0
I/A 0.22 0.32 0.42
（1）如图甲，小明在连接实物过程中有一根导线的一端接错了，请你在这根导线上打“×”，并画出正确的接线；( )
（2）小明先探究“电流与电压的关系”：他将10Ω的定值电阻接入电路，闭合开关，通过调节滑动变阻器滑片P，测出该电阻在不同电压下对应电流值，数据如表中所示。
①老师根据表格数据指出他在实验中存在一个错误，他的错误之处是：
②小明改正错误后，第4次实验时的电流表示数如图乙所示，则此时电流为 A。分析表中数据，可得出结论：
（3）小明再探究“电流与电阻的关系”：多次改变R的阻值，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变，记下电流表示数，描点画图得到如图所示的I-R关系图像。
①实验过程中，小明控制定值电阻两端的电压为 V不变：当将20Ω的定值电阻换为15Ω的电阻时，为保证定值电阻两端电压不变，应将滑片向 滑动。
②为了顺利完成本次探究，定值电阻两端的电压预设值取值范围是 V 到 V。
参考答案：
1．B
【详解】当A、B两点间更换为较大的电阻后，由串联分压关系可知电阻两端的电压会变大，此时应该将滑动变阻器滑片向右移动，通过增大滑动变阻器接入电路的电阻来增大滑动变阻器的分压，减小定值电阻两端电压，使定值电阻两端的电压保持不变。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
2． 正比 0.9
【详解】[1]由题图可知，通过导体甲的电流与其两端的电压的图像是一条过原点的直线，所以通过导体甲的电流与其两端的电压成正比。
[2]若将甲乙并联接到3V的电源上，则甲乙两端的电压相等，均为3V，由题图知，通过甲的电流I甲=0.6A，通过乙的电流I乙=0.3A，所以干路中的电流为
I=I甲+I乙=0.6A+0.3A=0.9A
3． 断开 右 短路 0.3 定值电阻两端所控制的电压不相同
【详解】（1）[1]电压表应与定值电阻并联，滑动变阻器应“一上一下”选择接线柱串联到电路中，作图如下：
（2）[2][3]为保护电路，连接电路时，开关应处于断开状态；闭合开关前，应将滑动变阻器的金属滑片移动到阻值最大处，即最右端。
（3）[4]闭合开关，观察到电流表有示数，说明电路为通路，但电压表指针不偏转，则这可能是5Ω的定值电阻短路造成的。
[5]如图丙，电流表选用小量程，分度值为0.02A，则示数为0.3A。
（4）[6]由表一晓晨组实验数据可知，定值电阻两端的控制的电压为
根据表二晓华组记录的实验数据可知，定值电阻两端的控制的电压为
故通过定值电阻的电流不相同是因为两小组实验中，定值电阻两端所控制的电压不相同。
4． 最左 导线BC断路 0.2 5～40 见解析
【详解】（1）[1]为了保护电路，闭合开关前，将滑动变阻器的滑片P置于最大电阻处，即最左端。
（2）[2]闭合开关后，电流表示数为0，说明电路可能断路，电压表示数为0，说明电压表与电源没有连通；将与电压表“-”接线柱相连的导线从D端拆下，试触C点，电压表指针不偏转，试触B点，电压表指针偏转，说明此时电压表与电源连通，电压表并联的电路断路，若电路中只有一处故障，则可能是导线BC断路。
（3）[3]由图乙可知，电流表选用0~0.6A量程，分度值0.02A，其示数为0.2A。
（4）[4]电路中最大电流为I=0.6A，定值电阻两端电压UR=3V，故此时定值电阻
由串联电路电压规律，滑动变阻器两端电压为
U滑=4.5V-3V=1.5V
当滑动变阻接入最值最大时，定值电阻最大，根据串联电路分压规律，电压与电阻成正比，所以
解得Rmax=40Ω，所选取的定值电阻的阻值范围是5~40Ω。
（5）②[5]将滑动变阻器滑片移到最左端，只有Rx接入，此时电压表示数为U2，即为电源电压。
③[6]①中闭合开关，Rx与滑动变阻器串联，将滑动变阻器接入最大阻值R0时，电压表示数为U1，为Rx两端的电压；根据串联电路电流规律有
5． 实验前电流表没有调零 0.5 在导体电阻一定时，通过导体的电流和导体两端的电压成正比 2.5 右 1.5 3
【详解】（1）[1]原图中电压表与定值电阻串联，电压表应与定值电阻并联，电流表应与定值电阻串联。
（2）[2]电阻为10Ω，利用算出每次的电流分别为0.2A、0.3A、0.4A，对比表中数据可知，电流值每次都多了0.02A，说明实验前电流表没有调零。
[3]由图乙可知，电流表的量程为0~0.6A，分度值为0.02A，示数为0.5A。
[4]根据表中数据结合调零后情况可知，电压增大为原来的几倍，通过的电流也增大为原来几倍，故可以得出结论：在导体电阻一定时，通过导体的电流和导体两端的电压成正比。
（3）[5]由图像可知，定值电阻两端的电压
实验过程中，小明控制定值电阻两端的电压为2.5V不变。
[6]根据串联电路的分压原理可知，将定值电阻由20Ω改接成15Ω的电阻，电阻减小，其分得的电压减小；探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，根据串联电路电压的规律可知，为了保持定值电阻两端电压不变，应减小滑动变阻器分得的电压，由串联分压的分压原理可知，应减小滑动变阻器连入电路中的电阻，所以滑片应向右端移动，使电压表的示数不变。
[7][8]因为串联电路电流相等，所以
当定值电阻最大为20Ω时且滑动变阻器的电阻最大时定值电阻两端的电压最小，为
解得。由于滑动变阻器的规格为“40Ω1A”，电流表的量程为0~0.6A，所以电路的最大电流为0.6A，由欧姆定律，因此定值电阻两端允许的最大电压
定值电阻两端的电压预设值取值范围是1.5V~3V。
