专题09 电学实验探究-2025年中考科学二轮热点题型归纳与变式演练（浙江专用）

专题09 电学实验探究 目 录 01 题型综述 02 解题攻略 提分秘籍 知识点一、规律探究类 知识点二、研究物理量影响因素类 知识点三、测量物理量类 知识点四、电路设计(电路图设计，实验方案设计)、误差分析类 典例剖析 题型1探究电流与电压、电阻的关系 题型2伏安法测电阻 题型3测量小灯泡的电功率 题型4测电阻（电功率）的安阻法、伏阻法 题型5探究影响电流通过导体时产生热量的因素 03 中考练场 聚焦基础电路实验 常考如“探究电流与电压、电阻的关系” 实验，要求学生理解通过控制变量法分别研究电流与电压、电流与电阻的关系，明确在探究电流与电压关系时控制电阻不变，探究电流与电阻关系时控制电压不变。“测量小灯泡的电功率” 实验也较为常见，让学生掌握通过电压表和电流表测量小灯泡在不同电压下的实际功率，理解额定功率和实际功率的区别。 拓展至复杂电路问题 会涉及如 “探究串联电路或并联电路的电压、电流规律” 的拓展实验，可能会在基本电路基础上增加滑动变阻器、多个开关等元件，让学生探究在不同电路状态下电压和电流的变化规律。 有时会出现关于 “伏安法测电阻” 的变形实验，如给定特殊的器材或条件限制，要求学生设计电路测量未知电阻，考查学生对电路原理的理解和知识迁移能力。 明确实验目的和原理：根据题目要求，确定实验要探究的问题或测量的物理量，然后选择合适的实验原理和方法。例如，要测量未知电阻的阻值，可根据欧姆定律，通过测量电阻两端的电压和通过电阻的电流来计算电阻值。 方案设计要点：设计实验方案时，要选择合适的实验器材，合理安排实验步骤，确保实验具有科学性、可行性和准确性。注意控制变量法、转换法等科学方法的应用。例如，在探究影响电阻大小因素的实验中，要控制导体的材料、长度、横截面积等因素中的其他变量，只改变其中一个变量，来研究电阻与该变量的关系，这就是控制变量法的应用。 改进与优化：思考实验方案中可能存在的不足，如实验误差较大、操作不方便等问题，并提出改进措施。例如，为了减小实验误差，可以多次测量取平均值；为了使实验现象更明显，可以更换更灵敏的器材或改变实验方法。 【提分秘籍】 知识点一、规律探究类 电流与电压、电阻的关系(欧姆定律)，串、并联电路的规律 例如：电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压存在什么关系 猜想与假设 由电压可知，电压时产生的电流的原因，同一个小灯泡，在以一节干电池供电时，小灯泡发光较暗，用两节干电池供电时，小灯泡发光较亮，所以有两种猜想：①导体两端电压越大，导体中电流越大；②通过导体的电流与导体两端电压成正比。 设计实验 运用控制变量法，控制导体（电阻）的阻值不变，通过调节滑动变阻器改变电阻两端电压，观察并记录电流表的示数，分析电流随电压的变化规律。实验电路如图所示。 实验器材 电压表、电流表、滑动变阻器、10Ω的定值电阻、电源、开关、导线若干 进行实验 （1）按照电路图连接实物电路。 （2）闭合开关前检查电路中各元件的连接是否正确，并将滑动变阻器的滑片移动定值最大处。 （3）电路连接无误后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数分别为1V、2.0V、3.0V、4.0V、5.0V、6.0V，从电流表上读出相应的电流值，并记录在表中。 定值R/Ω 10Ω 电压U/V 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 电流I/A 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 （4）在坐标系中，根据各电流值与对应的电压值描点，并用平滑曲线连接各点，画出I-U关系图像，如图所示。 分析论证 分析实验数据和I-U图像可以看出：定值一定时，通过电阻的电流与其两端电压有关，电流随电压的最大而增大；电压变为原来的几倍，电流也变为原来的几倍，电流与电压的比值为一定值。 实验结论 在电压一定的情况下，通过导体的电流与导体两端电压成正比，即电阻R不变时， 知识点二、研究物理量影响因素类 导体电阻大小的影响因素、电热的影响因素(焦耳定律) 知识点三、测量物理量类 一、伏安法测电阻阻值、伏安法测小灯泡电功率 例如：伏安法测电阻 （1）实验原理：R=U/I。对于一个未知电阻，用电压表测其两端电压U，用电流表测出通过未知电阻的电流I，应用欧姆定律，就可以求出其电阻值。这种测量方法称为“伏安法”。 （2）实验器材：电源、开关、电流表、电压表、滑动变阻器、待测电阻和导线。 （3）设计实验：实验电路图和实物图如图甲、乙所示，其中滑动变阻器用来改变待测电阻两端电压和通过待测电阻的电流，多次测量电压和电流，求出每次的电阻值，最后求平均值。 甲 乙 （4）实验步骤： ①按图甲所示电路图连接图乙中的实物电路； ②检查所连接的电路，确定无误后，将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，以保护电路； ③利用试触法电流表和电压表的量程； ④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，改变待测电阻两端的电压，并记下相应的电流值和电压值，填入实验表格中； ⑤断开开关，整理器材。 滑动变阻器在实验中的作用 （1）保护电路； （2）改变待测电阻两端电压，实现多次测量。 二、伏阻法 三、安阻法 知识点四、电路设计(电路图设计，实验方案设计)、误差分析类 Ⅰ、实验设计方法 1.分析清楚三个物理量,利用控制变量法，控制一个量不变的前提下，研究因变量随自变量的变化 2.明确在实验中采取什么措施来使自变量在实验中不断变化，明确如何知道它大小的方法 3.在自变量不断变化时，知道在实验中采取什么措施来保证控制不变的量在实验中一直保持不变 4.用工具测量或通过公式计算知道因变量在实验中的大小变化. Ⅱ、实验步骤书写时的注意事项 1.实验前，要调节好电表 2.每一个主要步骤前的准备工作要强调到位 3.明确实验步骤书写的基本格式，按步骤进行实验并记录数据 4.实验中要把每次实验中的自变量和因变量都记录在表格中 5.若不能直接测量因变量，则要写出计算因变量大小的过程 6.规律性实验，实验次数至少要6次 Ⅲ、实验表格的设计 1.实验表格由两部分组成:表头+空格 2.表头部分由两部分组成:物理量的字母/单位 3.表头中的物理量应由实验中的直接测量量和间接测量量组成 4.空格的个数与实验次数相符 【典例剖析】 题型1探究电流与电压、电阻的关系 [例题1] （2024•镇海区模拟）小明利用图甲电路研究“电流与电压的关系”，其中R为定值电阻，电源电压恒定不变。 （1）小明在连接完电路后，闭合开关时发现，电流表没有示数，电压表示数接近电源电压则可能的原因是 。 （2）处理完故障后，闭合开关，发现电流表指针只有微小偏转，如图乙所示。为了能更精确测量电流大小，小明接下来应该进行的操作是： 。 （3）调整后移动滑动变阻器，多次测量获取实验数据，绘制成图丙中的曲线a，根据图像可以得出的结论为 。 （4）小红利用相同的电路也进行了实验，依据实验数据绘制出的是图丙中的曲线b，小明认为小红把电压表接在了滑动变阻器两端，进行测量。请从图丙中找出小明判断的依据是 。 [例题2] （2024•拱墅区模拟）为了探究“通过导体的电流与电阻关系”，小明利用6伏的电源、“40欧，1安”的滑动变阻器、阻值分别为5欧、10欧、20欧的R1、R2、R3等器材进行如下实验。 ①按如图甲连接电路。 ②闭合开关S1，将S2与a接通，调节滑动变阻器滑片P至电压表的示数达到设定值，记录电流表的示数为I1。 ③分别将S2与b、c接通，调节滑动变阻器滑片P，使电压表的示数与步骤②的设定值相同，分别记录电流表的示数为I2、I3。 （1）连接电路时，开关应处于 状态。 （2）步骤②中R1两端电压达到设定值时，电压表示数如图乙，则该电压值为 。 （3）步骤③中调节滑动变阻器滑片时，其移动方向为 。 （4）为了使结论更具普遍性，需要在不同电压设定值下进行重复实验。若设定电压值为1伏，利用上述仪器能否完成实验并说明理由 。 题型2伏安法测电阻 [例题3] （2023秋•上虞区期末）小明和小华同学想测量小灯泡的电阻，设计了如图甲所示的电路图。 （1）请用笔画线代替导线，按照图甲所示的电路图，在图乙中将实物电路连接完整（要求连线不得交叉；滑动变阻器的滑片向左移动，小灯泡变亮）。 （2）小明同学正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不发光，电流表、电压表均有示数。接下来正确的操作是 。 A.检查小灯泡是否短路 B.检查开关是否接触良好 C.检查小灯泡灯丝是否断了 D.移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光 （3）如表是正确操作后测得三次数据，其中第一次测得的电流如图丙所示，此时灯泡的电阻为 欧。 实验次数 1 2 3 电压U/V 2.0 3.0 3.8 电流I/A 0.38 0.40 （4）小明为减小误差把三次实验的电阻求平均值，小华认为小明的做法不对，你认为原因是 。 （5）为“探究电流跟电阻的关系”，小明把小灯泡分别换成阻值为5Ω、10Ω、20Ω的电阻接入电路，并移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变，记下电流表的示数，数据如表。 实验次数 1 2 3 电阻R/欧 5 10 20 电流I/安 0.6 0.3 0.15 本实验可得出的结论为： 。 [例题4] （2024秋•平湖市期末）小石用“伏安法”测量未知电阻R的阻值。 （1）根据电路图甲，用笔画线代替导线，将图乙的实物图补充完整。要求滑动变阻器滑片P向左滑动时电阻增大。 （2）电压表的示数为1.8V时，电流表的示数为0.3A，则电阻R的阻值为 Ω。 （3）测出电阻R的阻值后，小石还想测量标有2.5V的小灯泡的电阻。当他将电阻R更换成小灯泡后，发现电压表有示数，灯泡不亮且电流表没有示数，则该电路的故障是： 。 题型3测量小灯泡的电功率 [例题5] （2024秋•海曙区期末）图甲是小科同学测量小灯泡电功率的实验装置图，小灯泡的额定电压为2.5V，电源电压为3V。 序号 电压U/V 电流I/A 功率P/W 1 0.5 0.06 2 1.0 0.12 3 1.5 0.14 4 2.5 （1）闭合开关后，移动滑动变阻器滑片P到某处时，电压表示数为1.5V。为了测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向 （填“左”或“右”）端移动，使电压表示数为2.5V。 （2）第4次测量时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 W。 （3）根据表中数据，本实验选择的滑动变阻器为 （填字母）。 A.10Ω 1A B.50Ω 0.8A （4）有同学提出需要求出每组数据对应的电功率，再取平均值作为小灯泡的额定功率，请你对该做法进行评价： 。 [例题6] （2024秋•永康市期末）我校科学兴趣小组为测量小灯泡（3.8V，电阻约为25Ω）的额定功率，学校实验室提供了如下实验器材：蓄电池（输出电压为6V）、滑动变阻器（有“10Ω，2A”、“20Ω，1.5A”两种规格）、电流表、电压表各一只。 （1）如图是小组成员测量时所连接的部分实物连线图，请你根据电路图补全实物连线图。 （2）科学兴趣小组成员，按电路图正确连接电路后，闭合开关，发现电流表示数为0，电压表有示数，小灯泡不亮，造成该现象可能的原因是 。 （3）实验中，小组成员选择了规格为“10Ω，2A”的滑动变阻器，你预计会出现什么现象？ 。 （4）解决上述问题后，闭合开关，发现电流表、电压表读数如图所示，要测出小灯泡的额定功率兴趣小组成员接下去应如何操作？ 。 题型4测电阻（电功率）的安阻法、伏阻法 [例题7] （2024秋•上城区校级期末）在“测量小灯泡的电功率”实验中，小灯泡上标有“2.5V”字样，电源为两节新干电池。 （1）图甲是连接的实物图，其中有一根导线连接错误。请在这根导线上打“×”，并用笔画线代替导线将其改正。 （2）某同学将滑片P从阻值最大位置移到阻值最小位置进行实验，并依据实验数据绘出小灯泡的I﹣U图像（如图a），任取图像中的一点构成矩形（如图b中阴影部分），则矩形面积表示的物理量是 。 （3）测量额定电压为U0的小灯泡额定功率，物理课代表设计了如图所示的电路（R0为已知的定值电阻，R为滑动变阻器）。 ①断开开关S1闭合开关S2，移动滑动变阻器滑片P，当电流表示数为 ，灯泡恰好正常发光。 ②保持滑动变阻器滑片P位置不变，闭合开关S1，断开开关S2记下电流表示数为I1。 ③推导出小灯泡L的额定功率表达式P额＝ （用物理量U0、R0和I1表示）。 [例题8] （2023秋•西湖区校级月考）小明利用如图甲测量“小灯泡正常发光时的电阻”，选用的电源电压为3.0V，小灯泡的额定电压为2.5V。 （1）闭合开关后，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，出现这一故障的原因可能是小灯泡 。 （2）观察图乙，在该图像中发现电流与电压不成正比，这是因为 。 （3）完成实验后，小明想测量另一个小灯泡的额定功率，重新设计了电路（如图丙），这个小灯泡正常工作的电流为I额，请完成实验步骤（已知电源电压为U、R2的最大阻值为R2）。 ①闭合开关S1、S2接1， ，使电流表示数为I额。 ②闭合开关S1、S2接2， ，调另一个滑动变阻器R1的滑片，使电流表示数为I额；再将滑动变阻器R2的滑片调到最右端，读出电流表的示数为I。 ③小灯泡的额定功率表达式为P额＝ （用U、R2、I额、Ⅰ表示）。 题型5探究影响电流通过导体时产生热量的因素 [例题9] （2024秋•越城区期末）科学兴趣小组在探究“电热丝产生的热量与电阻的定量关系”时，连接了如图甲所示电路，其中电热丝接在有机玻璃盒内，盒内装有一定质量的煤油和电子温度计，盒外用优质保温材料包裹（如图乙）。已知电源电压为6V，开关、电流表、秒表各1个，可供选择的电热丝有3Ω、6Ω、9Ω、12Ω、15Ω各1个，另有两种规格的滑动变阻器可供选择：R1（10Ω，1A）和R2（20Ω，0.6A）。 实验过程如下： ①将阻值为3Ω的电热丝接入有机玻璃盒内，读出电子温度计的示数t1。 ②闭合开关，移动滑片，使电流表示数为0.4A，读出通电100s后电子温度计的示数t2，计算出煤油升高的温度Δt。 ③断开开关，待电子温度计示数重新降到t1时，换用不同阻值的电热丝R重复操作②。整理数据并绘制图像如图丙。请回答下列问题： （1）本实验应选用滑动变阻器 （选填“R1”或“R2”）。 （2）实验通过观察 来判断电热丝产生的热量多少。 （3）根据图丙信息，可以得出的结论是： 。 （4）与图丁实验电路相比，采用图甲电路有哪些优点与不足 （各写一点）。 [例题10] （2024秋•鹿城区校级月考）在验证焦耳定律（Q＝I2Rt）时，小海在课本实验基础上做了改动，设计如图甲所示的电路，其中电阻丝R1＝5Ω和R2＝10Ω，请回答下列问题： （1）为探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，小海应选择 两支温度计的示数进行比较。 （2）根据焦耳定律，预测在实验中温度计示数A B。（选填“＜”、“＞”或“＝”） （3）相较于课本实验，小海做如图甲所示改动的优点是 。 （4）小海还想用图乙装置来测量未知液体的比热容。分别往两容器中装入水和待测液体，闭合开关一段时间后，再分别用温度计测出这段时间内水和待测液体升高的温度Δt水和Δt，在不计热损失的情况下，为了得出待测液体的比热容c，还必须满足的条件是 。（可多选） A.R3＝R4 B.V水＝V待测液 C.m水＝m待测液 D.Δt水＝Δt [练习1] （2024•青田县模拟）为测量待测电阻Rx的阻值，小明设计并连接如图甲所示的电路。小明将电压表的大量程接入电路，移动滑动变阻器到某个位置，读出电压为U1约为1.8伏。接着将电压表大量程改接为小量程，此时电压表的示数U2如图乙所示。小明查阅了电压表内部结构，其内部结构的电路图可能有如图丙所示的A和B两种连接方式。（已知指针偏转角度大小和通过电磁铁电流大小成正比）。 （1）图乙中电压表的示数U2是 伏。 （2）小明将电压表接到如图丁所示的电路中，小明看到灵敏电流计 （填“有”或“无”）示数，确定了 电压表内部结构为B种连接方式。 （3）根据B种连接方式，以及电压表的两个量程大小关系，推算出电阻R1和R2大小之间的具体数量关系为R2 R1。 [练习2] （2024•宁波模拟）学习了欧姆定律的相关知识后，为了测量未知电阻Rx的阻值，小宁设计了如图甲所示的方案，其中定值电阻的阻值为R0，电源电压未知且保持不变；小科用伏安法的方法设计了实物图如图乙所示的方案。 （1）小宁的设计方案不能测得电阻Rx的阻值，这是因为 。 （2）根据小科设计的实物图，完善图丙虚线框内的电路图。 （3）经规范接线操作，当小科闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P至适当位置后，电压表、电流表的示数如图丁所示，则电阻Rx的阻值为 Ω。 [练习3] （2024•杭州模拟）小王同学在科技创新活动中设计了一个可以测量回形针A移动距离的电路。如图甲所示，灯泡在电路中作为指示灯使用，新蓄电池电源电压保持不变，电流表量程为0～0.6A，一根粗型均匀的铅笔芯，其阻值与长度成正比。回形针P固定在铅笔芯左端，回形针A可以在铅笔芯上自由滑动。 （1）闭合开关发现小灯泡不亮，电流表示数较小，接下来应进行的操作是 。 A．断开开关，拆掉连线，重新连接电路 B．检查电路有无短路，断路 C．移动回形针A，观察小灯泡发光情况 （2）小李同学认为灯丝电阻会随温度面变化，可能对测量回形针A移动的距离影响较大，于是小李用一个定值电阻R替换掉小灯泡，并且增加一个量程为0～15V的电压表组成如图乙所示电路。闭合开关后，在回形针A从最右端向左滑动过程中，小李绘制出滑动距离x从7cm到11cm，电压表该数U与滑动距离x、电流表读数I与滑动题离x的关系如图丙所示。 ①根据图丙可知，小王同学所选的蓄电池电压为 V，铅笔芯1cm的电阻为 。 ②为保证电路安全，回形针A离铅笔芯量右端的最大距离为 cm。 [练习4] （2024•杭州二模）小金尝试将电流表改装成可直接测电阻的表，并设计了如图所示电路，在M、N中可接待测电阻，已知电流表量程为0～0.6安，电源电压为12伏，请回答： （1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应处于 端（选填“A”或“B”）。 （2）先将M、N直接用导线连接，并移动滑动变阻器的滑片使电流表满偏，电流表0.6安的刻度上标定的电阻值为 欧，此时滑动变阻器的阻值为 欧。 （3）电流表0.2安刻度处，标定的电阻值为 欧。 （4）改装后可直接测电阻的表，其表盘刻度 （选填“均匀”或“不均匀”）。 [练习5] （2024•江北区一模）小宁为准确测定一只标有“12V”字样的灯泡正常发光时灯丝的电阻，按照如图甲电路开展实验，并将电压表和电流表的示数记录如图乙。研究图乙数据发现小灯泡的电阻并不是一个固定值，结合影响电阻的因素，小宁认为可能是温度影响了小灯泡灯丝的电阻。他打破小灯泡的玻璃罩，将小灯泡的灯丝分别浸泡在0℃、26℃、60℃的蒸馏水恒温水浴中，重复实验，得到如图丙的数据结果。 （1）闭合开关前，需要将滑动变阻器的滑片移到 端。当小灯泡两端电压达到12V时，小灯泡的电阻为 Ω。 （2）小宁将小灯泡的灯丝浸泡在不同温度下的恒温水浴中进行实验是基于蒸馏水能满足实验的哪些需求： 。（写出一点即可） （3）根据图丙所示，可以得出的实验结论是 。 [练习6] （2024•鹿城区校级二模）在探究“电功率与电压、电流关系”的实验中，有不同规格的小灯泡若干。 （1）图乙中电压表的示数为 V。 （2）小实按图甲连接电路后，闭合开关，发现两灯都不亮，灯泡L1两端电压较大，灯泡L2两端电压为零。则电路的故障可能是 。 （3）排除故障后，小实利用图甲所示的电路探究“电功率跟电压的关系”，得出了小灯泡的电功率与电压关系的正确实验结论。支持该结论的实验现象是 。 （4）为了探究“电功率与电流的关系”，小实选用一只“2.5V0.3A”的小灯泡，设计的电路如图丙所示，实验中多次改变滑片的位置，收集的数据如表所示： 实验次数 1 2 3 4 电流I/安 0.21 0.23 0.30 0.32 灯泡亮度 微亮 较亮 正常发光 非常亮 小实根据实验过程中的相关信息得到的结论是：通过用电器的电流越大，电功率越大。你认为是否合理，判断并说明理由。 [练习7] （2024•杭州模拟）某同学在探究“小灯泡发光时的亮度与电功率关系”的实验中，所用电源电压是4V，小灯泡的额定电压是2.5V，小灯泡两端允许加的最大电压为额定电压的1.2倍。 （1）请将图甲的实验电路连接完整。 （2）实验中，观察到小灯泡开始发光时，电压表的示数是0.5V。关于电压测量点的选择有如下三种方案，最佳方案应选用 （选填字母）。 A.1.0V、2.5V、4.0V B.0.5V、1.0V、1.5V C.2.0V、2.5V、3.0V （3）完成电路连接后，闭合开关，电流表和电压表均有示数，但灯泡不亮，接下去首先应进行的最合理操作是 。该同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙所示的图像。他想利用有关数据求出小灯泡的电阻，于是分别选取不同电压时的电流，算出了小灯泡不同的电阻并取平均值作为小灯泡的电阻。你认为该同学求小灯泡电阻的做法是否正确？并说明理由 。 [练习8] （2024•温州模拟）探究电流热效应的影响因素。 （1）用如图1所示的装置探究电流通过导体产生的热量与 的关系。相同烧瓶内装满了煤油。为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应 （选填“相同”或“不同”）。 （2）通电一段时间后，甲、乙两烧瓶中玻璃管内液面均有上升且高度始终保持一致，则故障原因可能是 。 A.R0发生断路 B.R0发生短路 （3）小龙用如图2所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流I的关系图象。根据焦耳定律可知，如图3中能正确反映h﹣I关系的是 。 [练习9] （2024•杭州一模）某实验小组利用如图甲所示装置做“测量小灯泡的电功率”实验，所用小灯泡L的额定电压为2.5V。 （1）小明连接了如图甲所示的电路，同组的其他同学发现电路中有一根导线接错了，请你在接错的导线上打一个“×”，并帮助小明画出正确的连线。 （2）小明将错误的线路改正后，连接好电路，闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片P，当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡L的额定功率为 W。 （3）小明完成上述实验后，还设计了如图丙所示的电路图，用来测量另一个额定电压为U额的小灯泡L1的额定功率，图丙中R0阻值已知。闭合开关S，调节滑动变阻器滑片，使电流表 （选填“A1”或“A2”）的示数为 时（用符号表示），再读出另一只电流表的示数为I，即可计算小灯泡L1的额定功率。 [练习10] （2024•新昌县模拟）在“测量小灯泡的额定功率”实验中，小科选用小灯泡L的额定电压为2.5V。 （1）小科设计了如图甲所示的电路图，连接好电路后，闭合开关S，移动滑动变阻器R的滑片P到某一位置时，电压表示数如图乙所示。要测量小灯泡L的额定功率，滑片P应向 （填“左”或“右”）移动直到电压表示数为2.5V，此时电流表示数为0.24A，则小灯泡L的额定功率为 W； （2）实验结束后，小科认为没有电流表也能测出小灯泡的额定功率。于是他找来了另一个电源（电压恒为4V）、一个额定电压为2.5V的小灯泡L1和一个阻值为15Ω的定值电阻R0等器材，设计了如图丙所示的电路，并完成了实验。实验过程如下： ①断开开关S1，闭合开关S和S2，移动滑动变阻器R的滑片P，使电压表的示数为 V，小灯泡L1正常发光； ②断开开关S2，闭合开关S和S1，保持滑动变阻器R的滑片P位置不变，读出电压表的示数为1.0V； ③计算出小灯泡L1的额定功率为 W。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题09 电学实验探究 目 录 01 题型综述 02 解题攻略 提分秘籍 知识点一、规律探究类 知识点二、研究物理量影响因素类 知识点三、测量物理量类 知识点四、电路设计(电路图设计，实验方案设计)、误差分析类 典例剖析 题型1探究电流与电压、电阻的关系 题型2伏安法测电阻 题型3测量小灯泡的电功率 题型4测电阻（电功率）的安阻法、伏阻法 题型5探究影响电流通过导体时产生热量的因素 03 中考练场 聚焦基础电路实验 常考如“探究电流与电压、电阻的关系” 实验，要求学生理解通过控制变量法分别研究电流与电压、电流与电阻的关系，明确在探究电流与电压关系时控制电阻不变，探究电流与电阻关系时控制电压不变。“测量小灯泡的电功率” 实验也较为常见，让学生掌握通过电压表和电流表测量小灯泡在不同电压下的实际功率，理解额定功率和实际功率的区别。 拓展至复杂电路问题 会涉及如 “探究串联电路或并联电路的电压、电流规律” 的拓展实验，可能会在基本电路基础上增加滑动变阻器、多个开关等元件，让学生探究在不同电路状态下电压和电流的变化规律。 有时会出现关于 “伏安法测电阻” 的变形实验，如给定特殊的器材或条件限制，要求学生设计电路测量未知电阻，考查学生对电路原理的理解和知识迁移能力。 明确实验目的和原理：根据题目要求，确定实验要探究的问题或测量的物理量，然后选择合适的实验原理和方法。例如，要测量未知电阻的阻值，可根据欧姆定律，通过测量电阻两端的电压和通过电阻的电流来计算电阻值。 方案设计要点：设计实验方案时，要选择合适的实验器材，合理安排实验步骤，确保实验具有科学性、可行性和准确性。注意控制变量法、转换法等科学方法的应用。例如，在探究影响电阻大小因素的实验中，要控制导体的材料、长度、横截面积等因素中的其他变量，只改变其中一个变量，来研究电阻与该变量的关系，这就是控制变量法的应用。 改进与优化：思考实验方案中可能存在的不足，如实验误差较大、操作不方便等问题，并提出改进措施。例如，为了减小实验误差，可以多次测量取平均值；为了使实验现象更明显，可以更换更灵敏的器材或改变实验方法。 【提分秘籍】 知识点一、规律探究类 电流与电压、电阻的关系(欧姆定律)，串、并联电路的规律 例如：电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压存在什么关系 猜想与假设 由电压可知，电压时产生的电流的原因，同一个小灯泡，在以一节干电池供电时，小灯泡发光较暗，用两节干电池供电时，小灯泡发光较亮，所以有两种猜想：①导体两端电压越大，导体中电流越大；②通过导体的电流与导体两端电压成正比。 设计实验 运用控制变量法，控制导体（电阻）的阻值不变，通过调节滑动变阻器改变电阻两端电压，观察并记录电流表的示数，分析电流随电压的变化规律。实验电路如图所示。 实验器材 电压表、电流表、滑动变阻器、10Ω的定值电阻、电源、开关、导线若干 进行实验 （1）按照电路图连接实物电路。 （2）闭合开关前检查电路中各元件的连接是否正确，并将滑动变阻器的滑片移动定值最大处。 （3）电路连接无误后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数分别为1V、2.0V、3.0V、4.0V、5.0V、6.0V，从电流表上读出相应的电流值，并记录在表中。 定值R/Ω 10Ω 电压U/V 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 电流I/A 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 （4）在坐标系中，根据各电流值与对应的电压值描点，并用平滑曲线连接各点，画出I-U关系图像，如图所示。 分析论证 分析实验数据和I-U图像可以看出：定值一定时，通过电阻的电流与其两端电压有关，电流随电压的最大而增大；电压变为原来的几倍，电流也变为原来的几倍，电流与电压的比值为一定值。 实验结论 在电压一定的情况下，通过导体的电流与导体两端电压成正比，即电阻R不变时， 知识点二、研究物理量影响因素类 导体电阻大小的影响因素、电热的影响因素(焦耳定律) 知识点三、测量物理量类 一、伏安法测电阻阻值、伏安法测小灯泡电功率 例如：伏安法测电阻 （1）实验原理：R=U/I。对于一个未知电阻，用电压表测其两端电压U，用电流表测出通过未知电阻的电流I，应用欧姆定律，就可以求出其电阻值。这种测量方法称为“伏安法”。 （2）实验器材：电源、开关、电流表、电压表、滑动变阻器、待测电阻和导线。 （3）设计实验：实验电路图和实物图如图甲、乙所示，其中滑动变阻器用来改变待测电阻两端电压和通过待测电阻的电流，多次测量电压和电流，求出每次的电阻值，最后求平均值。 甲 乙 （4）实验步骤： ①按图甲所示电路图连接图乙中的实物电路； ②检查所连接的电路，确定无误后，将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，以保护电路； ③利用试触法电流表和电压表的量程； ④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，改变待测电阻两端的电压，并记下相应的电流值和电压值，填入实验表格中； ⑤断开开关，整理器材。 滑动变阻器在实验中的作用 （1）保护电路； （2）改变待测电阻两端电压，实现多次测量。 二、伏阻法 三、安阻法 知识点四、电路设计(电路图设计，实验方案设计)、误差分析类 Ⅰ、实验设计方法 1.分析清楚三个物理量,利用控制变量法，控制一个量不变的前提下，研究因变量随自变量的变化 2.明确在实验中采取什么措施来使自变量在实验中不断变化，明确如何知道它大小的方法 3.在自变量不断变化时，知道在实验中采取什么措施来保证控制不变的量在实验中一直保持不变 4.用工具测量或通过公式计算知道因变量在实验中的大小变化. Ⅱ、实验步骤书写时的注意事项 1.实验前，要调节好电表 2.每一个主要步骤前的准备工作要强调到位 3.明确实验步骤书写的基本格式，按步骤进行实验并记录数据 4.实验中要把每次实验中的自变量和因变量都记录在表格中 5.若不能直接测量因变量，则要写出计算因变量大小的过程 6.规律性实验，实验次数至少要6次 Ⅲ、实验表格的设计 1.实验表格由两部分组成:表头+空格 2.表头部分由两部分组成:物理量的字母/单位 3.表头中的物理量应由实验中的直接测量量和间接测量量组成 4.空格的个数与实验次数相符 【典例剖析】 题型1探究电流与电压、电阻的关系 [例题1] （2024•镇海区模拟）小明利用图甲电路研究“电流与电压的关系”，其中R为定值电阻，电源电压恒定不变。 （1）小明在连接完电路后，闭合开关时发现，电流表没有示数，电压表示数接近电源电压则可能的原因是 。 （2）处理完故障后，闭合开关，发现电流表指针只有微小偏转，如图乙所示。为了能更精确测量电流大小，小明接下来应该进行的操作是： 。 （3）调整后移动滑动变阻器，多次测量获取实验数据，绘制成图丙中的曲线a，根据图像可以得出的结论为 。 （4）小红利用相同的电路也进行了实验，依据实验数据绘制出的是图丙中的曲线b，小明认为小红把电压表接在了滑动变阻器两端，进行测量。请从图丙中找出小明判断的依据是 。 【解答】解：（1）闭合开关时发现，电流表没有示数，说明电路可能出现了断路故障，再结合电压表示数接近电源电压可知电压表能与电源正负极形成通路，则可能是与电压表并联的部分电路存在故障，据此分析判断可能存在的电路故障是AB间出现断路（或电阻R断路） （2）闭合开关，发现电流表指针只有微小偏转，结合图乙电流表选用的是大量程，分析可能是电流表选用的量程过大，据此分析接下来的操作：断开开关，将电流表“3”接线柱上的导线改接到“0.6”接线柱上，再闭合开关观察，电流表指针偏转情况； （3）分析图丙中直线a可知R，由此可得出结论：当导体两端的电阻不变时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比； （4）分析图丙中线a和b相同电流对应的电压关系满足U＝0.5V+2.5V＝1V+2V＝……＝1.5V+1.5V＝3V，结合串联电路电源电压等于各串联部分电压之和，由此可判断小红把电压表接在了滑动变阻器两端。 [例题2] （2024•拱墅区模拟）为了探究“通过导体的电流与电阻关系”，小明利用6伏的电源、“40欧，1安”的滑动变阻器、阻值分别为5欧、10欧、20欧的R1、R2、R3等器材进行如下实验。 ①按如图甲连接电路。 ②闭合开关S1，将S2与a接通，调节滑动变阻器滑片P至电压表的示数达到设定值，记录电流表的示数为I1。 ③分别将S2与b、c接通，调节滑动变阻器滑片P，使电压表的示数与步骤②的设定值相同，分别记录电流表的示数为I2、I3。 （1）连接电路时，开关应处于 状态。 （2）步骤②中R1两端电压达到设定值时，电压表示数如图乙，则该电压值为 。 （3）步骤③中调节滑动变阻器滑片时，其移动方向为 。 （4）为了使结论更具普遍性，需要在不同电压设定值下进行重复实验。若设定电压值为1伏，利用上述仪器能否完成实验并说明理由 。 【解答】解：（1）连接电路时，如果不断开开关，很容易烧坏用电器，故要断开； （2）如图乙所示，电压表选用小量程，分度值为0.1V，示数为2.5V； （3）将10Ω的定值电阻换为20Ω的定值电阻后，定值电阻两端电压变大，为使电压表示数不变，根据串联分压原理，应增大变阻器阻值，即将滑动变阻器的滑片向右移； （4）电源为新干电池两节，则电源电压为6V。实验中设定的定值电阻两端电压为1V不变，则滑动变阻器分得的电压为5V不变。则当10Ω的电阻接入电路时，根据串联分压原理，则有， 解得需要变阻器的阻值R滑＝50Ω， 同理，当10Ω的电阻接入电路时，变阻器的阻值R滑＝100Ω， 而滑动变阻器的规格为“40Ω 1A”，所以当接入10Ω、20Ω的电阻时，不能完成实验。 故答案为：（1）断开；（2）2.5V；（3）向右；（4）不能；当定值电阻为10Ω、20Ω时，如果其电压为1伏，根据欧姆定律，则需要滑动变阻器阻值为50Ω、100Ω，而滑动变阻器规格为“40Ω 1A”，所以10Ω、20Ω的电阻接入电路后，不能完成实验。 题型2伏安法测电阻 [例题3] （2023秋•上虞区期末）小明和小华同学想测量小灯泡的电阻，设计了如图甲所示的电路图。 （1）请用笔画线代替导线，按照图甲所示的电路图，在图乙中将实物电路连接完整（要求连线不得交叉；滑动变阻器的滑片向左移动，小灯泡变亮）。 （2）小明同学正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不发光，电流表、电压表均有示数。接下来正确的操作是 。 A.检查小灯泡是否短路 B.检查开关是否接触良好 C.检查小灯泡灯丝是否断了 D.移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光 （3）如表是正确操作后测得三次数据，其中第一次测得的电流如图丙所示，此时灯泡的电阻为 欧。 实验次数 1 2 3 电压U/V 2.0 3.0 3.8 电流I/A 0.38 0.40 （4）小明为减小误差把三次实验的电阻求平均值，小华认为小明的做法不对，你认为原因是 。 （5）为“探究电流跟电阻的关系”，小明把小灯泡分别换成阻值为5Ω、10Ω、20Ω的电阻接入电路，并移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变，记下电流表的示数，数据如表。 实验次数 1 2 3 电阻R/欧 5 10 20 电流I/安 0.6 0.3 0.15 本实验可得出的结论为： 。 【解答】解：（1）按照甲图连接电路，当滑动变阻器滑片向左移动时，小灯泡变亮，滑动变阻器接入的电阻变小，可知滑动变阻器左下接线柱接入电路，连接实物图如下： （2）正确连接电路后，闭合开关，小灯泡不发光，电流表、电压表有示数，说明电路通路，小灯泡没有短路，由此可知小灯泡不亮的原因时，小灯泡实际功率太小，所以减小滑动变阻器接入电阻，增大电路中的电流，增大小灯泡的实际功率，故接下来的操作是D； （3）图丙中电流表所选量程为0﹣0.6A，分度值是0.02A，电流表的示数I1＝0.32A， 小灯泡此时的电阻； （4）因为小灯泡的电阻随温度的升高而增大，所以求小灯泡三次测量的电阻取平均值没有意义； （5）从表中三次的实验数据可知，定值电阻两端电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻的乘积是一个定值，即电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。 故答案为：（1）见解答；（2）D；（3）6.25；（4）小灯泡的电阻随温度的升高而增大，求三次实验电阻的平均值没有意义；（5）电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。 [例题4] （2024秋•平湖市期末）小石用“伏安法”测量未知电阻R的阻值。 （1）根据电路图甲，用笔画线代替导线，将图乙的实物图补充完整。要求滑动变阻器滑片P向左滑动时电阻增大。 （2）电压表的示数为1.8V时，电流表的示数为0.3A，则电阻R的阻值为 Ω。 （3）测出电阻R的阻值后，小石还想测量标有2.5V的小灯泡的电阻。当他将电阻R更换成小灯泡后，发现电压表有示数，灯泡不亮且电流表没有示数，则该电路的故障是： 。 【解答】解：（1）根据电路图甲，连接实物图，定值电阻和滑动变阻器串联，电压表并联在定值电阻两端，从电源是两节干电池，电压表所需量程为0～3V，从实验中测量的电流数据确定电流表所需量程是0～0.6A，连接实物图时，滑动变阻器一上一下接线柱接入电路，且滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电阻变大，连接电路如下： （2）待测电阻R的阻值； （3）把电阻R换成小灯泡后，电压表有示数，说明电压表两个接线柱到电源通路，灯泡不亮且电流表没有示数，说明电路断路，由此可知电路的故障原因是小灯泡断路。 故答案为：（1）见解答；（2）6；（3）小灯泡断路。 题型3测量小灯泡的电功率 [例题5] （2024秋•海曙区期末）图甲是小科同学测量小灯泡电功率的实验装置图，小灯泡的额定电压为2.5V，电源电压为3V。 序号 电压U/V 电流I/A 功率P/W 1 0.5 0.06 2 1.0 0.12 3 1.5 0.14 4 2.5 （1）闭合开关后，移动滑动变阻器滑片P到某处时，电压表示数为1.5V。为了测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向 （填“左”或“右”）端移动，使电压表示数为2.5V。 （2）第4次测量时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 W。 （3）根据表中数据，本实验选择的滑动变阻器为 （填字母）。 A.10Ω 1A B.50Ω 0.8A （4）有同学提出需要求出每组数据对应的电功率，再取平均值作为小灯泡的额定功率，请你对该做法进行评价： 。 【解答】解：（1）闭合开关后，滑动变阻器滑片处于某一位置时，电压表的示数是1.5V，小于小灯泡的额定电压，为了测量额定功率，必须是小灯泡两端的电压等于额定电压，所以要增大小灯泡两端的电压到额定电压，由UL＝U﹣U滑可知，需要减小滑动变阻器两端的电压，由串联电路电压发分配规律知就要减小滑动变阻器接入的电阻，由此可知，将滑动变阻器的滑片P向左移动，使电压示数为2.5V； （2）图乙中电流表的数I＝0.2A， 小灯泡的额定功率P＝IU额＝0.2A×2.5V＝0.5W； （3）要完成实验，当电路中电流最小时，滑动变阻器接入的电阻最大，实验1滑动变阻器接入的电阻41.7Ω， 故选B； （4）取每次测量数据的平均值来作为小灯泡的额定功率是错误的，因为小灯泡的实际功率随小灯泡两端电压的变化而变化，要测量小灯泡的额定功率，只能测量小灯泡在额定电压下的功率。 故答案为：（1）左；（2）0.5；（3）B；（4）这样做法错误，因为小灯泡的实际功率随小灯泡两端电压的变化而变化，要测量小灯泡的额定功率，只能测量小灯泡在额定电压下的功率。 [例题6] （2024秋•永康市期末）我校科学兴趣小组为测量小灯泡（3.8V，电阻约为25Ω）的额定功率，学校实验室提供了如下实验器材：蓄电池（输出电压为6V）、滑动变阻器（有“10Ω，2A”、“20Ω，1.5A”两种规格）、电流表、电压表各一只。 （1）如图是小组成员测量时所连接的部分实物连线图，请你根据电路图补全实物连线图。 （2）科学兴趣小组成员，按电路图正确连接电路后，闭合开关，发现电流表示数为0，电压表有示数，小灯泡不亮，造成该现象可能的原因是 。 （3）实验中，小组成员选择了规格为“10Ω，2A”的滑动变阻器，你预计会出现什么现象？ 。 （4）解决上述问题后，闭合开关，发现电流表、电压表读数如图所示，要测出小灯泡的额定功率兴趣小组成员接下去应如何操作？ 。 【解答】解：（1）在连接电路时，由于小灯泡的额定电压为3.8V，其阻值约为25Ω，则电路中的电流约为：，因此选择0～0.6A的量程，则而小灯泡的额定电压为3.8V，电压表选择0～15V的量程，因此将电流表的0.6A的接线柱分别与小灯泡右边的接线柱和电压表的负接线柱相连接，如下图所示： ； （2）正确连接电路后，闭合开关，发现电流表示数为 0，电压表有示数，小灯泡不亮，可能是小灯泡断路造成的； （3）实验中，小组成员选择了规格为“10Ω，2A”的滑动变阻器，当小灯泡的分压为3.8V时，电路中的电流为0.152A，滑动变阻器的分压为U滑＝U﹣UL＝6V﹣3.8V＝2.2V，则此时滑动变阻器接入电路中的阻值为：，如果选择“10Ω，2A”的滑动变阻器，无论如何移动变阻器，小灯泡的电压达不到3.8V； （4）在解决上述问题后，闭合开关，发现电流表、电压表读数如图所示，说明滑动变阻器接入电路中电阻过大，小灯泡分压较小，因此应增大滑动变阻器接入电路中的阻值，即向右移动滑动变阻器的滑片直至小灯泡的电压达到3.8伏，并读出电流表的读数。 故答案为：（1）见解答图；（2）小灯泡断路；（3）无论如何移动变阻器，小灯泡的电压达不到3.8V；（4）向右移动滑动变阻器的滑片直至小灯泡的电压达到3.8伏，并读出电流表的读数。 题型4测电阻（电功率）的安阻法、伏阻法 [例题7] （2024秋•上城区校级期末）在“测量小灯泡的电功率”实验中，小灯泡上标有“2.5V”字样，电源为两节新干电池。 （1）图甲是连接的实物图，其中有一根导线连接错误。请在这根导线上打“×”，并用笔画线代替导线将其改正。 （2）某同学将滑片P从阻值最大位置移到阻值最小位置进行实验，并依据实验数据绘出小灯泡的I﹣U图像（如图a），任取图像中的一点构成矩形（如图b中阴影部分），则矩形面积表示的物理量是 。 （3）测量额定电压为U0的小灯泡额定功率，物理课代表设计了如图所示的电路（R0为已知的定值电阻，R为滑动变阻器）。 ①断开开关S1闭合开关S2，移动滑动变阻器滑片P，当电流表示数为 ，灯泡恰好正常发光。 ②保持滑动变阻器滑片P位置不变，闭合开关S1，断开开关S2记下电流表示数为I1。 ③推导出小灯泡L的额定功率表达式P额＝ （用物理量U0、R0和I1表示）。 【解答】解：（1）原电路图中，电流表和滑动变阻器串联后与灯泡并联，电压表串联在电路中是错误的，在“测量小灯泡的电功率”实验中，灯泡、滑动变阻器和电流表串联，电压表并联在灯泡两端，如下图所示： ； （2）图中横坐标表示电压，阴影部分宽即电压为U总﹣UL＝U滑，纵坐标表示电流，阴影部分长即电流为I， 图中阴影部分面积等于通过滑动变阻器的电流与其两端电压的乘积，由P＝UI知，矩形的面积表示的物理含义是滑动变阻器的电功率； （3）实验步骤： ①断开开关S1闭合开关S2，移动滑动变阻器滑片P，当电流表示数为，灯泡恰好正常发光； ②保持滑动变阻器滑片P位置不变，闭合开关S1，断开开关S2记下电流表示数为I1； ③在步骤①中，灯泡和R0并联，电流表测定值电阻的电流，由欧姆定律，定值电阻的电压为： U定＝I0R0R0＝U0，根据并联电路电压的规律，灯两端的电压为额定电压，此时灯正常发光； 在步骤②中，电流表测灯与R0并联的总电流，因电路的连接关系没有改变，各电阻的大小和通过的电流不变，灯仍正常发光，根据并联电路电流的规律，灯的额定电流： I额＝I1﹣I0＝I1， 则小灯泡L的额定功率表达式为： P额＝U0I额＝U0×（I1）。 故答案为：（1）见解答图；（2）滑动变阻器的电功率；（3）①；③U0×（I1）。 [例题8] （2023秋•西湖区校级月考）小明利用如图甲测量“小灯泡正常发光时的电阻”，选用的电源电压为3.0V，小灯泡的额定电压为2.5V。 （1）闭合开关后，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，出现这一故障的原因可能是小灯泡 。 （2）观察图乙，在该图像中发现电流与电压不成正比，这是因为 。 （3）完成实验后，小明想测量另一个小灯泡的额定功率，重新设计了电路（如图丙），这个小灯泡正常工作的电流为I额，请完成实验步骤（已知电源电压为U、R2的最大阻值为R2）。 ①闭合开关S1、S2接1， ，使电流表示数为I额。 ②闭合开关S1、S2接2， ，调另一个滑动变阻器R1的滑片，使电流表示数为I额；再将滑动变阻器R2的滑片调到最右端，读出电流表的示数为I。 ③小灯泡的额定功率表达式为P额＝ （用U、R2、I额、Ⅰ表示）。 【解答】解：（1）闭合开关后，小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路可能断路；电压表有示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的电路以外的电路是完好的，则与电压表并联的电路断路了，所以出现这一故障的原因可能是小灯泡断路了； （2）由图乙可知，当灯泡两端电压增大，通过灯泡的电流也增大，根据P＝UI可知，灯泡功率变大，温度升高，灯丝电阻随温度的升高而增大，故图像中电流与电压不成正比； （3）实验步骤： ①闭合开关S1，S2接1，移动滑动变阻器R2的滑片，使电流表示数为I额； ②闭合开关S1，S2接2，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调另一个滑动变阻器R1的滑片，使电流表示数为I额；再将滑动变阻器R2的滑片调到最右端，读出电流表的示数为I； ③在步骤①中，滑动变阻器R1短路，灯与滑动变阻器R2串联，移动滑动变阻器R2的滑片，使电流表示数为I额，此时灯正常发光； 在步骤②中，灯短路，两滑动变阻器串联，因R2的滑片位置不变，调另一个滑动变阻器R1的滑片，使电流表示数为I额，根据等效替代法，滑动变阻器R1连入电路中的电阻等于灯正常发光时的电阻大小； 再将滑动变阻器R2的滑片调到最右端，读出电流表的示数为I，由欧姆定律和电阻的串联，滑动变阻器R1连入电路中的电阻： R1滑R2，即灯正常发光的电阻为RL＝R1滑R2， 则小灯泡的额定功率表达式为： P额＝I额2RL＝I额2（R2）。 故答案为：（1）断路；（2）灯丝电阻随温度的升高而增大；（3）①移动滑动变阻器R2的滑片；②保持滑动变阻器R2的滑片位置不变；③I额2（R2）。 题型5探究影响电流通过导体时产生热量的因素 [例题9] （2024秋•越城区期末）科学兴趣小组在探究“电热丝产生的热量与电阻的定量关系”时，连接了如图甲所示电路，其中电热丝接在有机玻璃盒内，盒内装有一定质量的煤油和电子温度计，盒外用优质保温材料包裹（如图乙）。已知电源电压为6V，开关、电流表、秒表各1个，可供选择的电热丝有3Ω、6Ω、9Ω、12Ω、15Ω各1个，另有两种规格的滑动变阻器可供选择：R1（10Ω，1A）和R2（20Ω，0.6A）。 实验过程如下： ①将阻值为3Ω的电热丝接入有机玻璃盒内，读出电子温度计的示数t1。 ②闭合开关，移动滑片，使电流表示数为0.4A，读出通电100s后电子温度计的示数t2，计算出煤油升高的温度Δt。 ③断开开关，待电子温度计示数重新降到t1时，换用不同阻值的电热丝R重复操作②。整理数据并绘制图像如图丙。请回答下列问题： （1）本实验应选用滑动变阻器 （选填“R1”或“R2”）。 （2）实验通过观察 来判断电热丝产生的热量多少。 （3）根据图丙信息，可以得出的结论是： 。 （4）与图丁实验电路相比，采用图甲电路有哪些优点与不足 （各写一点）。 【解答】解：（1）当电流是0.4A时，总电阻R15Ω，此时滑动变阻器的阻值Rp＝R﹣R0＝15Ω﹣3Ω＝12Ω，故选用滑动变阻器R2合适； （2）实验通过观察煤油升高的温度来判断电热丝产生的热量多少，体现了转换法； （3）根据图丙信息可知，Δt与R成正比，说明其它因素不变时，电阻阻值越大，煤油温度变化越大，即产生的热量越多，故可得结论：在电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多； （4）图丁实验，两个不同阻值的电阻串联，故可以直观进行对比，图甲不能直观的进行对比。 故答案为：（1）R2；（2）煤油升高的温度；（3）在电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多；（4）图甲不能直观的进行对比。 [例题10] （2024秋•鹿城区校级月考）在验证焦耳定律（Q＝I2Rt）时，小海在课本实验基础上做了改动，设计如图甲所示的电路，其中电阻丝R1＝5Ω和R2＝10Ω，请回答下列问题： （1）为探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，小海应选择 两支温度计的示数进行比较。 （2）根据焦耳定律，预测在实验中温度计示数A B。（选填“＜”、“＞”或“＝”） （3）相较于课本实验，小海做如图甲所示改动的优点是 。 （4）小海还想用图乙装置来测量未知液体的比热容。分别往两容器中装入水和待测液体，闭合开关一段时间后，再分别用温度计测出这段时间内水和待测液体升高的温度Δt水和Δt，在不计热损失的情况下，为了得出待测液体的比热容c，还必须满足的条件是 。（可多选） A.R3＝R4 B.V水＝V待测液 C.m水＝m待测液 D.Δt水＝Δt 【解答】解：（1）电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，必须电阻和通电时间相同，而电阻不同，故选BC两支温度计的示数进行比较。 （2）根据并联分流知，A中的电流是B的2倍，而电阻是B的一半，通电时间相同，根据焦耳定律Q＝I2Rt，A中放出的热量多，预测在实验中温度计示数A＞B。 （3）相较于课本实验，小海做如图甲所示改动的优点是一次可以完成两个因素的探究，快捷方便。 （4）小海还想用图乙装置来测量未知液体的比热容。分别往两容器中装入水和待测液体，闭合开关一段时间后，再分别用温度计测出这段时间内水和待测液体升高的温度Δt水和Δt，在不计热损失的情况下，为了得出待测液体的比热容c，说明液体的质量相等，且相同时间吸收的热量相等，故还必须满足的条件是电阻相同，且质量相等，故选AC。 故答案为：（1）BC；（2）＞；（3）一次可以完成两个因素的探究，快捷方便；（4）AC。 [练习1] （2024•青田县模拟）为测量待测电阻Rx的阻值，小明设计并连接如图甲所示的电路。小明将电压表的大量程接入电路，移动滑动变阻器到某个位置，读出电压为U1约为1.8伏。接着将电压表大量程改接为小量程，此时电压表的示数U2如图乙所示。小明查阅了电压表内部结构，其内部结构的电路图可能有如图丙所示的A和B两种连接方式。（已知指针偏转角度大小和通过电磁铁电流大小成正比）。 （1）图乙中电压表的示数U2是 伏。 （2）小明将电压表接到如图丁所示的电路中，小明看到灵敏电流计 （填“有”或“无”）示数，确定了 电压表内部结构为B种连接方式。 （3）根据B种连接方式，以及电压表的两个量程大小关系，推算出电阻R1和R2大小之间的具体数量关系为R2 R1。 【解答】解：（1）根据题意和图乙可知，电压表量程是0～3V，分度值为0.1V，故示数为2V； （2）由图B可知灵敏电流计测通过R2的电流，而此时R2被短路，无电流通过，故灵敏电流计无示数； （3）由图B可知，接0～3V时，测的R1两端电压；接0～15V时，测的R2两端电压；根据串联电路电压与电阻成正比，即，整理得R2＝4R1。 故答案为：（1）2；（2）无；（3）＝4。 [练习2] （2024•宁波模拟）学习了欧姆定律的相关知识后，为了测量未知电阻Rx的阻值，小宁设计了如图甲所示的方案，其中定值电阻的阻值为R0，电源电压未知且保持不变；小科用伏安法的方法设计了实物图如图乙所示的方案。 （1）小宁的设计方案不能测得电阻Rx的阻值，这是因为 。 （2）根据小科设计的实物图，完善图丙虚线框内的电路图。 （3）经规范接线操作，当小科闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P至适当位置后，电压表、电流表的示数如图丁所示，则电阻Rx的阻值为 Ω。 【解答】解：（1）小宁的设计方案不能测得电阻Rx的阻值，这是因为开关接1或2时，其中有一次电压表反接，不能测出对应的电压值； （2）对比图乙和丙，电路图中少电压表，由题知电压表应选择小量程与Rx并联，电路图如下： （3）如图乙所示，电压表选用的是小量程，分度值为0.1V，电压表的示数为2.7V，如图丙所示，电流表选用的是小量程，分度值为0.02A，电压表的示数为0.3A，根据欧姆定律可得电阻Rx的阻值为：Rx9Ω。 故答案为：（1）开关接1或2时，其中有一次电压表反接，不能测出对应的电压值；（2）见解答；（3）9。 [练习3] （2024•杭州模拟）小王同学在科技创新活动中设计了一个可以测量回形针A移动距离的电路。如图甲所示，灯泡在电路中作为指示灯使用，新蓄电池电源电压保持不变，电流表量程为0～0.6A，一根粗型均匀的铅笔芯，其阻值与长度成正比。回形针P固定在铅笔芯左端，回形针A可以在铅笔芯上自由滑动。 （1）闭合开关发现小灯泡不亮，电流表示数较小，接下来应进行的操作是 。 A．断开开关，拆掉连线，重新连接电路 B．检查电路有无短路，断路 C．移动回形针A，观察小灯泡发光情况 （2）小李同学认为灯丝电阻会随温度面变化，可能对测量回形针A移动的距离影响较大，于是小李用一个定值电阻R替换掉小灯泡，并且增加一个量程为0～15V的电压表组成如图乙所示电路。闭合开关后，在回形针A从最右端向左滑动过程中，小李绘制出滑动距离x从7cm到11cm，电压表该数U与滑动距离x、电流表读数I与滑动题离x的关系如图丙所示。 ①根据图丙可知，小王同学所选的蓄电池电压为 V，铅笔芯1cm的电阻为 。 ②为保证电路安全，回形针A离铅笔芯量右端的最大距离为 cm。 【解答】解：（1）闭合开关发现电流表示数较小，小灯泡不亮，则电路为通路，由欧姆定律，电路的电阻较大，接下来应进行的操作是：移动回形针A，观察小灯泡发光情况，选C； （2）①图乙中，铅笔芯与R串联，电压表测铅笔芯的电压，电流表测电路的电流： 由图丙左图知，x＝7cm时的电压为： U1＝4.8V， x＝11cm时的电压为： U2＝4V； 由图丙右图知，x＝7cm时的电流为： I1＝0.15A； x＝11cm时的电流为： I2＝0.25A； 根据串联电路的规律及欧姆定律，由电源电压不变列方程有： U1+I1R＝U2+I2R 4.8V+0.15A×R＝4V+0.25A×R， 故R＝8Ω； 电源电压为： U＝6V； 当x＝7cm，由欧姆定律，此时铅笔芯的电阻： R132Ω， 同理当x＝11cm，由欧姆定律，此时铅笔芯的电阻： R216Ω， 设铅笔芯为L，粗型均匀的铅笔芯，其阻值与长度成正比，故有： ， L＝15cm， 即R1＝32Ω时，铅笔芯连入电路的长度为15cm﹣7cm＝8cm， 铅笔芯1cm的电阻为4Ω； ②电流表量程为0﹣0.6A，即电路的最大电流为0.6A，由欧姆定律，电路的最小电阻为： R串联10Ω，由电阻的串联，钢笔芯的最小电阻为： R′＝R串联﹣R＝10Ω﹣8Ω＝2Ω， 故变阻器连入电阻最小长度为： L小1cm＝0.5cm， 故回形针A离铅笔芯量右端的最大距离为： L′＝L﹣L小＝15cm﹣0.5cm＝14.5cm。 故答案为：（1）C；（2）①6；4Ω；②14.5。 [练习4] （2024•杭州二模）小金尝试将电流表改装成可直接测电阻的表，并设计了如图所示电路，在M、N中可接待测电阻，已知电流表量程为0～0.6安，电源电压为12伏，请回答： （1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应处于 端（选填“A”或“B”）。 （2）先将M、N直接用导线连接，并移动滑动变阻器的滑片使电流表满偏，电流表0.6安的刻度上标定的电阻值为 欧，此时滑动变阻器的阻值为 欧。 （3）电流表0.2安刻度处，标定的电阻值为 欧。 （4）改装后可直接测电阻的表，其表盘刻度 （选填“均匀”或“不均匀”）。 【解答】解：（1）闭合开关前，为了保护电路，滑动变阻器的滑片应处于阻值最大处，由图可知滑片P应处于B端； （2）先将M、N直接用导线连接（即M、N间的电阻为0Ω），并移动滑动变阻器的滑片使电流表满偏，即示数为0.6A，所以电流表0.6A的刻度上标定的电阻值应为0欧， 由欧姆定律可知，此时滑动变阻器的阻值为： R滑20Ω； （3）当电路中的电流为0.2A时，由串联电路的电阻规律和欧姆定律可得待测电阻的阻值： R＝R总﹣R滑R滑20Ω＝40Ω， 所以，电流表0.2A刻度处，标定的电阻值应为40Ω； （4）设M、N间接入待测电阻的阻值为R测， 由串联电路的电阻规律和欧姆定律可得电路中的电流（电流表的示数）为：I， 则电流表的示数I与待测电阻的阻值R测不是一次函数关系， 所以，改装后可直接测电阻的表，其表盘刻度不均匀。 故答案为：（1）B；（2）0；20；（3）40；（4）不均匀。 [练习5] （2024•江北区一模）小宁为准确测定一只标有“12V”字样的灯泡正常发光时灯丝的电阻，按照如图甲电路开展实验，并将电压表和电流表的示数记录如图乙。研究图乙数据发现小灯泡的电阻并不是一个固定值，结合影响电阻的因素，小宁认为可能是温度影响了小灯泡灯丝的电阻。他打破小灯泡的玻璃罩，将小灯泡的灯丝分别浸泡在0℃、26℃、60℃的蒸馏水恒温水浴中，重复实验，得到如图丙的数据结果。 （1）闭合开关前，需要将滑动变阻器的滑片移到 端。当小灯泡两端电压达到12V时，小灯泡的电阻为 Ω。 （2）小宁将小灯泡的灯丝浸泡在不同温度下的恒温水浴中进行实验是基于蒸馏水能满足实验的哪些需求： 。（写出一点即可） （3）根据图丙所示，可以得出的实验结论是 。 【解答】解：（1）在闭合开关前，为保护电路应将滑动变阻器滑片置于阻值最大端，即图中的最左端； 对图乙作辅助线，如下图： 由图乙知，当小灯泡两端电压达到12V时，通过其中的电流0.13A，根据欧姆定律得，小灯泡的电阻R； （2）水的比热容大，吸收灯丝热量后，温度基本保持不变；且蒸馏水是绝缘体，不会对电路的电阻效果造成影响； （3）由图丙可知，灯丝温度不变时，电阻保持不变。 故答案为：（1）左；92.3；（2）比热容大，吸收灯丝热量后，温度基本保持不变；且蒸馏水是绝缘体，不会对电路的电阻效果造成影响；（3）灯丝温度不变时，电阻保持不变。 [练习6] （2024•鹿城区校级二模）在探究“电功率与电压、电流关系”的实验中，有不同规格的小灯泡若干。 （1）图乙中电压表的示数为 V。 （2）小实按图甲连接电路后，闭合开关，发现两灯都不亮，灯泡L1两端电压较大，灯泡L2两端电压为零。则电路的故障可能是 。 （3）排除故障后，小实利用图甲所示的电路探究“电功率跟电压的关系”，得出了小灯泡的电功率与电压关系的正确实验结论。支持该结论的实验现象是 。 （4）为了探究“电功率与电流的关系”，小实选用一只“2.5V0.3A”的小灯泡，设计的电路如图丙所示，实验中多次改变滑片的位置，收集的数据如表所示： 实验次数 1 2 3 4 电流I/安 0.21 0.23 0.30 0.32 灯泡亮度 微亮 较亮 正常发光 非常亮 小实根据实验过程中的相关信息得到的结论是：通过用电器的电流越大，电功率越大。你认为是否合理，判断并说明理由。 【解答】解：（1）由图乙可知，电压表选用大量程，分度值0.5V，其示数为3.5V； （2）小实按图甲连接电路后，闭合开关，发现两灯都不亮，说明电路断路；灯泡L1两端电压较大，说明电压表并联的部分断路，即灯泡L1断路； （3）灯的亮度由灯的实际功率决定，电压表示数大的灯泡更亮一些，说明其功率大，故支持该结论的实验现象是串联电路中，电压表示数大的灯泡比示数小的灯泡亮； （4）要探究“电功率与电流的关系”，需控制用电器两端的电压相同，实验中小实多次改变滑片的位置，电路中的电流变化时小灯泡两端的电压也会发生变化，因此实验这样操作不合理。 故答案为：（1）3.5；（2）灯泡L1断路；（3）串联电路中，电压表示数大的灯泡比示数小的灯泡亮；（4）要探究“电功率与电流的关系”，需控制用电器两端的电压相同，实验中小实多次改变滑片的位置，电路中的电流变化时小灯泡两端的电压也会发生变化，因此实验这样操作不合理。 [练习7] （2024•杭州模拟）某同学在探究“小灯泡发光时的亮度与电功率关系”的实验中，所用电源电压是4V，小灯泡的额定电压是2.5V，小灯泡两端允许加的最大电压为额定电压的1.2倍。 （1）请将图甲的实验电路连接完整。 （2）实验中，观察到小灯泡开始发光时，电压表的示数是0.5V。关于电压测量点的选择有如下三种方案，最佳方案应选用 （选填字母）。 A.1.0V、2.5V、4.0V B.0.5V、1.0V、1.5V C.2.0V、2.5V、3.0V （3）完成电路连接后，闭合开关，电流表和电压表均有示数，但灯泡不亮，接下去首先应进行的最合理操作是 。该同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙所示的图像。他想利用有关数据求出小灯泡的电阻，于是分别选取不同电压时的电流，算出了小灯泡不同的电阻并取平均值作为小灯泡的电阻。你认为该同学求小灯泡电阻的做法是否正确？并说明理由 。 【解答】解：（1）连接电源正极与开关右边接线柱，使电路形成通路，如下图所示： ； （2）要探究“小灯泡发光时的亮度与电功率的关系”，需要调节变阻器的滑片改变灯泡两端的电压，取小于额定电压、等于额定电压、稍大于额定电压几个电压值，实际功率将小于额电功率、等于额电功率、大于额定功率；A方案4V会烧坏灯；B方案没有在额定电压下；C方案的电压小于、等于、高于额定电压（为额定电压的1.2倍），综合分析可知，故AB方案不可取，应选用C方案； （3）闭合开关后，电流表、电压表都有示数，说明电路是通路，灯泡也不可能短路（若灯短路，则电压表无示数），因连接电路时，为保护电路，变阻器连入电路中的电阻最大，故此时电路中的电流较小，导致灯的实际功率过小，故灯不亮；所以，下一步操作：移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光，即应进行移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡是否发光的操作；灯丝的电阻随温度变化而变化，灯泡在不同电压下，灯丝温度不同，灯丝的电阻不同，求电阻的平均值是没有物理意义的，所以该同学做法不正确。 故答案为：（1）见解答图；（2）C；（3）移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡是否发光；不正确，灯丝的电阻会随温度的变化而变化，求平均值没有意义。 [练习8] （2024•温州模拟）探究电流热效应的影响因素。 （1）用如图1所示的装置探究电流通过导体产生的热量与 的关系。相同烧瓶内装满了煤油。为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应 （选填“相同”或“不同”）。 （2）通电一段时间后，甲、乙两烧瓶中玻璃管内液面均有上升且高度始终保持一致，则故障原因可能是 。 A.R0发生断路 B.R0发生短路 （3）小龙用如图2所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流I的关系图象。根据焦耳定律可知，如图3中能正确反映h﹣I关系的是 。 【解答】解：（1）烧瓶中装入的煤油是绝缘体；控制电阻相等，探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，即选用的两电阻丝R1与R2的阻值应相等，根据并联电路电流的规律，通过R1的电流小于通过R2的电流。 （2）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明在电阻和通电时间相等时，电流越大产生的热量越多，但是甲、乙两烧瓶中玻璃管内液面均有上升且高度始终保持一致，则故障原因可能是R0发生断路。 （3）小红用如图2所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，要控制电阻与通电时间相同，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据转换法，煤油吸热越多，膨胀程度越大，液柱升高的越多，且膨胀程度与吸热多少成正比， 根据焦耳定律可知，Q＝I2Rt﹣﹣﹣﹣﹣①，Rt常数，且Rt＞0，故由数学知识①式为Q关于I的抛物线，且开向上，图4中能正确反映h﹣I关系的是A。 故答案为：（1）电流；相同；（2）A；（3）A。 [练习9] （2024•杭州一模）某实验小组利用如图甲所示装置做“测量小灯泡的电功率”实验，所用小灯泡L的额定电压为2.5V。 （1）小明连接了如图甲所示的电路，同组的其他同学发现电路中有一根导线接错了，请你在接错的导线上打一个“×”，并帮助小明画出正确的连线。 （2）小明将错误的线路改正后，连接好电路，闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片P，当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡L的额定功率为 W。 （3）小明完成上述实验后，还设计了如图丙所示的电路图，用来测量另一个额定电压为U额的小灯泡L1的额定功率，图丙中R0阻值已知。闭合开关S，调节滑动变阻器滑片，使电流表 （选填“A1”或“A2”）的示数为 时（用符号表示），再读出另一只电流表的示数为I，即可计算小灯泡L1的额定功率。 【解答】解：（1）电路中电流表与灯泡串联，电压表与灯泡并联，错误导线及正确连接如图所示： （2）如图乙所示，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，电流表示数为0.36A，此时电压为2.5V， 由P＝UI得灯泡的额定功率为：P＝UI＝2.5V×0.36A＝0.9W； （3）如图丙所示的电路图中，电阻R0和灯泡L并联，电流表A1测量小灯泡的电流，电流表A2测量定值电阻R0的电流，根据并联电路中电压规律可知：UR0＝UL； 测量小灯泡额定功率，需要电阻R0两端的电压为U额，根据欧姆定律可得通过电阻R0的电流为：I，即电流表A2的示数为时，再读出测量灯泡的电流的电流表示数I，即可计算小灯泡L1的额定功率为：P额＝U额I。 [练习10] （2024•新昌县模拟）在“测量小灯泡的额定功率”实验中，小科选用小灯泡L的额定电压为2.5V。 （1）小科设计了如图甲所示的电路图，连接好电路后，闭合开关S，移动滑动变阻器R的滑片P到某一位置时，电压表示数如图乙所示。要测量小灯泡L的额定功率，滑片P应向 （填“左”或“右”）移动直到电压表示数为2.5V，此时电流表示数为0.24A，则小灯泡L的额定功率为 W； （2）实验结束后，小科认为没有电流表也能测出小灯泡的额定功率。于是他找来了另一个电源（电压恒为4V）、一个额定电压为2.5V的小灯泡L1和一个阻值为15Ω的定值电阻R0等器材，设计了如图丙所示的电路，并完成了实验。实验过程如下： ①断开开关S1，闭合开关S和S2，移动滑动变阻器R的滑片P，使电压表的示数为 V，小灯泡L1正常发光； ②断开开关S2，闭合开关S和S1，保持滑动变阻器R的滑片P位置不变，读出电压表的示数为1.0V； ③计算出小灯泡L1的额定功率为 W。 【解答】解： （1）由乙图可知，电压表所选量程为0～3V，分度值为0.1V，读出其示数为1.8V；示数小于灯的额定电压2.5V，应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向左移动，直到电压表示数为额定电压； 灯泡的额定功率：P额＝U额I额＝2.5V×0.24A＝0.6W； （2）①断开开关S1，闭合开关S、S2，滑动变阻器与小灯泡L1串联，电压表测滑动变阻器的电压， 根据串联分压原理，移动滑动变阻器R的滑片P，使电压表的示数为：U＝U电源﹣UL＝4V﹣2.5V＝1.5V，小灯泡L1正常发光； ②断开开关S2，闭合开关S、S1，滑动变阻器与R0串联，电压表测滑动变阻器的电压， 保持滑动变阻器R的滑片P位置不变，读出电压表的示数为1.0V； 根据串联分压原理得，，则滑动变阻器的电阻为：5Ω， ③在①中，电路电流为：I0.3A； 小灯泡L1的额定功率为：P额＝ULI＝2.5V×0.3A＝0.75W。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$