《欧姆定律探究“I-R关系”与“测量小灯泡正常发光电阻”实验考点进阶》——2025年中考物理复习

一、实验原理图——典型“五串一并”电路 二、操作要点 ①保持定值电阻R定两端电压不变； ②更换R定规格，改变阻值。 三、主要步骤 ①预设R定两端电压为U定； ②测量一次后，断开开关，将R滑调到最大值，更换定值电阻； ③眼看电压表，调节滑动变阻器，使新更换的定值电阻两端电压仍为U定。 四、实验结论 当导体两端电压一定时，通过导体的电流与导体电阻成反比。 五、拔高必考点 1.实验重点：无论如何更换定值电阻，定值电阻两端电压与滑动变阻器两端电压都不变，由串联电路分压特点可知： I-R实验中： 2.拔高四问：范围值问题 例1.R定=5Ω~30Ω，R滑规格为20Ω，电源电压为U=6V，若预设R定两端电压为2V，则能完成实验的组数？ 方法： R滑max=20Ω，则R定max=10Ω 注：若R定>10Ω，则R暄两端电压无法达到2V，则可以知道R定=5Ω和10Ω时可以完成实验。 例2.R定=5Ω~30Ω，电源电压为U=6V，R滑规格为20Ω，若要完成全部实验，U定的范围？ 方法： 　　即： 　得： R滑=0时，U定max=6V ∴ 例3.R定=5Ω~30Ω，U定=2V，R滑规格为20Ω，U总的范围？ 方法： 　　即： 　得： R滑=0时，U定min=2V ∴ 例4.R定=5Ω~30Ω，U定=2V，电源电压为U=6V，若完成全部实验，滑动变阻器的最大值至少为多少？ 方法： ∴ R滑max=2R定=2×30Ω=60Ω ∴ 滑动变阻器的最大值至少为60Ω 总结： ①I-R实验的计算关键：，R定与R滑的比恒为定比。 ②四种范围值计算统一。 方法： ①电阻都代入R定max、R滑max。 ②再代入一次R滑=0Ω。 注意：当最大电流有限制时，U总max修改为Umax=ImaxRmin。 当忘记方法时，牢记：多个最大电压时，最大值取最小值，多个最小电压时，最小值取最大值！ 六、小灯泡测电阻与探究I-R关系 题目：小超和同学们用“伏安法”测小灯泡正常发光时的电阻，小灯泡正常发光时的电压为3.8V，电源电压保持9 V不变，滑动变阻器的规格为“40 Ω 1 A”。 （1）如图甲所示是小超同学连接的实物电路。图中只有一处连接错误，请在错误处画“×”，并用笔画线代替导线将电路连接正确（注意不能与其他导线交叉）。 （2）改正错误后，闭合开关，过了一段时间，灯突然熄灭，电流表、电压表的示数均变为0，则发生的故障可能是______________（只有灯泡或滑动变阻器发生故障）。 （3）排除故障后，调节滑动变阻器的滑片，并绘制出了小灯泡的电流随电压变化的图象如图乙所示，则小灯泡正常发光时的电阻约为_______Ω（保留一位小数）。向右调节滑动变阻器滑片的过程中，小灯泡变化的阻值ΔR1_______滑动变阻器变化的阻值ΔR滑（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 （4）小超又找来10 Ω、20 Ω、40 Ω的定值电阻想要继续探究“电流与电阻的关系”，他只将10 Ω的定值电阻代替小灯泡连入电路，调节滑动变阻器的滑片使定值电阻两端的电压为U0=4V。接下来断开开关，将10 Ω的定值电阻替换为20 Ω的定值电阻，保持滑动变阻器滑片不动，则闭合开关后，应将滑动变阻器的滑片向______（选填“左”或“右”）端移动，使电压表的示数为_______V。在用40 Ω的定值电阻替换20 Ω的定值电阻时，他发现电压表的示数始终不能调为U0。为完成四次探究，小超设计了如下调整方案，请帮他补充完整： ①若只更换电源，则更换的电源电压范围为_______V； ②若只调整电压表的示数，则应该控制电压表示数U0的范围为_______V； ③若只更换滑动变阻器，则更换的滑动变阻器的最大阻值至少为_______Ω，允许通过的最大电流至少为_______A； ④若只更换定值电阻，则更换的定值电阻阻值的范围为_______Ω； ⑤若只在电路中串联一个定值电阻，则串联的定值电阻的范围为_______Ω。 （5）实验结束后，小超还想知道所用的滑动变阻器的最大值与铭牌标注是否一致，但是发现电源意外损坏了，于是他找来另一个未知电压的电源（电压恒定不变），并设计了如图丙所示的电路，请你将他的实验步骤补充完整（已知定值电阻的阻值为R0）。 ①将滑动变阻器滑片P移动最右端，闭合开关，记录此时电流表示数为I1； ②再将滑动变阻器滑片P移到________，记录此时电流表示数为I2； ③滑动变阻器的最大阻值R滑=___________（用测出的物理量和已知量的字母表示）。 解析：（1）由图甲可知，灯泡和滑动变阻器并联，电压表串联在电路测电源电压是错误的，灯与变阻器串联，电流表与灯串联，电压表与灯并联，如下图所示： （2）若灯泡断路，电压表与电源连通测电源电压，电压表有示数，不符合题意； 若灯泡短路，电路为通路，电流表有示数，不符合题意； 若变阻器断路时，整个电路断路，电流表、电压表示数均变为0，符合题意； 当变阻器短路，两表都有示数，不符合题意； 过了一段时间，灯突然熄灭，电流表、电压表示数均变为0，则产生的故障可能是滑动变阻器断路； （3）由乙图知，当电压为3.8V时，电流为0.3A，由欧姆定律，小灯泡的电阻为： 原来灯的电流为I1，向右移动变阻器的滑片，变阻器连入电路的电阻变小，根据分压原理，变阻器分得电压变小，由串联电路电压的规律，此时灯的电压增大，通过灯的电流也增大，所以I1 < I2，故有： （U为电源总电压） 根据欧姆定律，即R总2 < R总1； 滑片向右移动后电路的总电阻小于原来的电路总电阻；根据P=UI，因灯的功率增大，灯丝的温度升高，小灯泡阻值随温度的升高而变大，由电阻的串联规律可知：小灯泡阻值增大的值ΔRL小于变阻器连入电路中减小的值ΔR滑，即小灯泡阻值的变化量大小ΔRl小于滑动变阻器连入电路阻值的变化量大小ΔR滑； （4）保持滑片P的位置不变，将10Ω电阻更换为20Ω的定值电阻，由串联分压规律可知，电阻分压变大，要保持电阻两端电压不变，由电路图知，应向左端移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变大，滑动变阻器分压变大，从而使定值电阻分压减小，达到保持定值电阻两端电压不变的目的； ①根据串联电路电压的规律和分压原理： 电阻为R定4 =40Ω时，所需滑动变阻器的阻值最大为R滑大=40Ω，此时电源电压最大， ，U=8V，即最大电压为8V 如果只更换电源，则更换的电源电压范围是4~8V； ②根据串联电路电压的规律和分压原理： 由上式可知，当电源电压U、定值电阻的电压U0一定时，变阻器的电阻随定值电阻的增大而增大； 当电阻为R定4=40Ω时，所需滑动变阻器的阻值最大为：R滑大=40Ω，此时U定min=4.5V 由题图可知电流表量程为0~0.6A，电路中的最大电流为0.6A 定值电阻两端的最大电压：U定max=ImaxR0=0.6A×10Ω=6V 若只调整电压表的示数，则应该控制电压表示数U0的范围为4.5~6V； ③由图知，电阻两端的电压始终保持4V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压： U滑=U－UV=9V－4V=5V 变阻器分得的电压为电压表示数的1.25倍，根据分压原理，当接入40Ω电阻时，变阻器连入电路中的电阻为： R滑=1.25×40Ω=50Ω 故为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少50Ω的滑动变阻器； 由欧姆定律，电路的最大电流为： 若只更换滑动变阻器，则更换的滑动变阻器的最大阻值至少为50Ω，允许通过的最大电流至少为0.4A； ④由电流表量程和变阻器规格可知，电路中电流最大0.6A，此时电路电阻最小，由欧姆定律，此时定值电阻的阻值最小值为： 根据： 左边为一定值，右边也为一定值，当变阻器最大电阻连入电路中时，定值电阻也最大， 故有： 最大的定值电阻为：R定大=32Ω 如果只更换定值电阻，则更换的定值电阻阻值范围是6.67~32Ω； ⑤当只在电路中串联一个定值电阻时，串联最小阻值： ⇒⇒R整max=50Ω⇒R增min= R整max－R滑max=50Ω－40Ω.=10Ω 串联最大阻值： ⇒⇒R整min=12.5Ω⇒R增max= R整min－R滑min=125Ω－0Ω.=12.5Ω 若只在电路中串联一个定值电阻，则串联的定值电阻的范围为10~12.5Ω。 （5）①将滑动变阻器滑片P移到最右端，记录此时电流表示数为I1； ②将滑片P移动到最左端，记录此时电流表的示数为I2； ③在①中，R0短路，电路为变阻器最大电阻的简单电路，由欧姆定律，电源电压： U=I1R滑………………………………① 在②中，滑动变阻器的最大阻值与R0并联，电流表测并联电路的总电流； 因变阻器的电压始终等于电源电压，由欧姆定律，通过变阻器的电流大小不变，根据并联电路电流的规律，故此时通过R0的电流为：I0=I2－I1，由欧姆定律，R0的电压即电源电压： U=（I2－I1）R0………………………② 由①②得： 答案：（1）如图所示；（2）滑动变阻器断路；（3）12.7；小于；（4）左；4；①4~8V；②4.5~6V；③50Ω；0.4A；④6.67~32Ω；⑤10~12.5Ω；（5）②最左端；③。 第 1 页 共 6 页 学科网（北京）股份有限公司 $$