Question

同學們在做教材上的電學實驗時，發現2B、HB鉛筆芯的軟硬不同，其實驗效果亦不同．他們猜想鉛筆芯的電阻可能與其軟硬程度有關．于是同學們做實驗來檢驗其猜想是否正確．
（1）林清同學的設計思路如圖所示，請指出她設計中的錯誤和不足．
（2）偉鵬同學說：“不如直接用伏安法側量它們的電阻進行比較”．請你寫出他的實驗方案．要求：
①畫出電路圖；（鉛筆芯用“”表示）
②寫出實驗步驟；
③進行分析論證．
（3）偉鵬同學連接好電路，閉合開關，電流表指針幾乎不動，電壓表指針有明顯偏轉．然后移動滑動變阻器的滑片，最終，他發現無論怎樣移動滑片，兩表指針均幾乎不動．請你指出電路的故障：________．
（4）在這個實驗中要移動滑動變阻器的滑片，請你說出這一操作的主要目的是什么？

Answer 1

解：（1）探究電阻大小跟材料的關系時，要保證鉛筆芯的長度和橫截面積相等，
因此該實驗的錯誤之處是：沒有控制變量，應保證兩支鉛筆芯的長短粗細相同不足；
不足：先后兩次觀察比較燈的亮度不如同時觀察比較燈的亮度更直觀、更明顯（或若阻值相近，燈的亮度變化不明顯，或通過視覺判斷燈的亮度不可靠）；
（2）①電流表與鉛筆芯串聯，電壓表并聯在鉛筆芯兩端，滑動變阻器串聯在電路中，開關串聯在電路中，然后與電源、開關組成電路，如下圖所示：

②實驗步驟：A、按照電路圖連接實物圖電路，取長度和橫截面積相同的2B和HB鉛筆芯分別接入A、B間；
B、閉合開關S，分別讀出電壓表和電流表的示數為U和I；
C、根據R=，計算2B和HB鉛筆芯的電阻值，并進行比較；
③進行分析論證：若2B和HB鉛筆芯的電阻值相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度無關；
若2B和HB鉛筆芯的電阻值不相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度有關；
（3）閉合開關，電流表指針幾乎不動，電壓表指針有明顯偏轉，無論怎樣移動滑片兩表指針均幾乎不動說明電壓表并聯的部分斷路即鉛筆芯與導線接觸不良等；
（4）在這個實驗中要移動滑動變阻器的滑片的主要目的是：改變鉛筆芯電阻兩端的電壓達到測量減小誤差的目的．
故答案為：
（1）錯誤之處是：沒有控制變量，應保證兩支鉛筆芯的長短粗細相同不足；
不足：先后兩次觀察比較燈的亮度不如同時觀察比較燈的亮度更直觀、更明顯（或若阻值相近，燈的亮度變化不明顯，或通過視覺判斷燈的亮度不可靠）；
（2）①如上圖所示；
②實驗步驟：A、按照電路圖連接實物圖電路，取長度和橫截面積相同的2B和HB鉛筆芯分別接入A、B間；
B、閉合開關S，分別讀出電壓表和電流表的示數為U和I；
C、根據R=，計算2B和HB鉛筆芯的電阻值，并進行比較；
③進行分析論證：若2B和HB鉛筆芯的電阻值相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度無關；
若2B和HB鉛筆芯的電阻值不相等，則鉛筆芯的電阻與其軟硬程度有關；
（3）鉛筆芯與導線接觸不良等（合理即可）；
（4）改變鉛筆芯電阻兩端的電壓達到測量減小誤差的目的．
分析：（1）影響電阻的因素有：導體長度、橫截面積、材料、溫度，實驗探究時應采用控制變量法，在研究導體的電阻與導體硬度的關系時，需選擇材料、橫截面積、長度都相同，硬度不同材料的鉛筆進行實驗；
（2）①伏安法測電阻是指：用并聯在鉛筆芯兩端的電壓表測電壓，用與鉛筆芯串聯的電流表測電流，保護電路和改變鉛筆芯兩端電壓的滑動變阻器串聯在電路中，然后與電源、開關組成電路；
②按電路圖連接實物圖，分別測量2B、HB鉛筆芯的電阻；
③進行比較，如果電阻相等與鉛筆芯的硬度無關，如果不相等與鉛筆芯的硬度有關；
（3）電壓表指針有明顯偏轉說明電壓表兩接線柱與電源正負極之間是通路，怎樣移動滑動變阻器電流表指針幾乎不動說明電路斷路，即電壓表并聯的部分斷路；
（4）滑動變阻器的作用：一是可以保護電路，二是改變鉛筆芯兩端的電壓達到多次測量減小誤差的目的．
點評：本題考查了實驗電路圖、實驗步驟、實驗的評估的設計以及電路故障的判斷和本實驗中滑動變阻器的作用，知道影響電阻大小的因素并會根據控制變量法評估實驗是解決本題的關鍵．