内容正文:
五、电磁学
专题13 欧姆定律
1.(2024·广西·中考真题)【新情境——地磅检测汽车载重情况】公路部门往往通过地磅检测汽车载重情况。图甲是跨学科学习团队设计的可视化地磅的电路原理图,主要由踏板(重力不计)、压力传感器R、显示承重的仪表(实质为电流表,量程0~0.6A)等组成,R的阻值与所受压力F大小关系如图乙所示。电源电压为12V,定值电阻R0的阻值为5Ω。求:
(1)当R的阻值为35Ω时,电路的电流;
(2)当通过电路的电流为0.4A时,地磅的测量值;
(3)为了增加地磅的最大测量值,请你写出一种可行的方案,并列出关系式进行说明。
【答案】(1)0.3A;(2)1000kg;(3)需要增大R0的阻值
【详解】解:(1)由图可知:压力传感器R和定值电阻R0串联,电流表测量电路中的电流,当R的阻值为35Ω时,电路的电流
(2)当通过电路的电流为0.4A时,电路的总电阻
R的阻值
R′=R总-R0=30Ω-5Ω=25Ω
由图乙可知压力是1×104N,地磅的测量值
(3)电流表的示数最大为0.6A,电源电压不变,电路的总电阻为
为了增加地磅的最大测量值,即压力增大,R的阻值减小,而R的阻值为
R=20Ω-R0
所以需要增大R0的阻值。
答:(1)当R的阻值为35Ω时,电路的电流是0.3A;
(2)当通过电路的电流为0.4A时,地磅的测量值是1000kg;
(3)为了增加地磅的最大测量值,需要增大R0的阻值。
2.(2022·广西贺州·中考真题)【新情境——水文站测量桂江水位】贺州市水利资源丰富,小明设计了如图甲所示的水文站测量桂江水位的原理图。电源电压U=3V,定电阻R0=10Ω,滑动变阻器R长20cm,最大阻值20Ω。且滑动变阻器的阻值随滑片P从最上端C位置移动到最下端D位置的过程中均匀变化(滑片P移动过程中摩擦不计)。弹簧下端悬挂一重为50N的物体AB,其底面积为0.01m2、长为0.3m。弹簧伸长量与它受到拉力的关系如图乙所示(不计弹簧质量,连接弹簧两端的绝缘细绳不可伸长)。求:
(1)当物体AB上表面与水面相平时,物体AB受到的浮力大小;
(2)当水面从物体AB的上表面逐渐下降至下表面刚好离开水面的过程中,弹簧伸长了多少cm?
(3)闭合开关S后,当水面在物体AB上表面时,滑片刚好在滑动变阻器R的最上端C位置,水面从物体AB上表面逐渐下降至下表面刚好离开水面时,电压表的示数是多少?
【答案】(1)30N;(2)15cm;(3)1V
【详解】解:(1)当物体AB上表面与水面相平时,物体AB刚好浸没水中,故
物体AB所受浮力
(2)水面与物体AB上表面相平时,弹簧对物体的拉力
水面下降至与物体AB下表面相平时,弹簧对物体的拉力
水面从物体AB上表面逐渐下降至与下表面相平过程中,弹簧拉力的变化量
由乙图可知
物体刚好离开水面时
得弹簧伸长的长度
(3)水面从物体AB上表面逐渐下降至下表面相平时,弹簧伸长15cm,即滑片下移15cm,接入电路的电阻变化量
此时滑动变阻器接入电路中的电阻为
R′与R0串联,R′的电流为
电压表的示数为
答:(1)当物体AB上表面与水面相平时,物体AB受到的浮力是30N;
(2)当水面从物体AB的上表面逐渐下降至下表面刚好离开水面的过程中,弹簧伸长了15cm;
(3)闭合开关S后,当水面从物体AB上表面逐渐下降至下表面刚好离开水面时,电压表的示数是1V。
一.电流与电压和电阻的关系
1.(2025·广西·中考真题)用图甲所示的电路探究电流与电阻的关系。已知电源电压为,滑动变阻器最大阻值为,四个定值电阻的阻值分别为和。
(1)在连接电路前,开关应处于 状态,滑动变阻器的滑片置于 (选填“A”或“B”)端。
(2)连接好电路后,闭合开关,发现电压表有示数、电流表无示数,则电路故障的原因可能是电流表 (选填“短路”或“断路”)。
(3)排除故障后,进行实验。每当更换定值电阻,就调节滑动变阻器的滑片,使定值电阻两端电压保持不变,并记下电流表的示数。下表完整记录了前3组数据,第4组的电流如图乙所示,则电流大小为 A。分析表格数据可知:导体两端电压一定时,导体中的电流跟导体的电阻成 。
实验序号
1
2
3
4
5
R/Ω
16
20
40
80
I/A
0.50
0.40
0.20
(4)为了得到第5组数据,进一步验证实验结论,现用一个的定值电阻和上述器材进行实验,你认为是否可行?请作出判断并说明理由。
答: (选填“可行”或“不可行”),理由: 。
【答案】(1) 断开 B
(2)短路
(3) 0.1 反比
(4) 可行 见解析
【详解】(1)[1]在连接电路前,为保护电路,开关应处于断开状态。
[2]电路连接完整后,闭合开关前,为保护电路,应将滑动变阻器的阻值调到最大,即滑动变阻器的滑片置于B端。
(2)连接好电路后,闭合开关,发现电压表有示数,说明电压表两端与电源两端是通路,电流表串联在电源负极,电流表无示数,电流表不可能是断路,则电路故障的原因可能是电流表短路。
(3)[1]如图乙所示,电流表用的小量程,分度值为0.02A,读数是0.1A。
[2]分析表格数据:导体两端电压一定时,电流随电阻的变大而变小,电流与电阻的乘积U=0.50A×16Ω=0.40A×20Ω=0.20A×40Ω=8V不变。可以得出结论:导体两端电压一定时,导体中的电流跟导体的电阻成反比。
(4)[1][2]为了得到第5组数据,进一步验证实验结论,现用一个8Ω 的定值电阻和上述器材进行实验,是可行。理由如下:
为保持U= 8V,当 R=8Ω 时,通过R的电流
定值电阻和滑动变阻器串联,则需滑动变阻器阻值
此时滑动变阻器阻值小于滑动变阻器的最大阻值,说明滑动变阻器能够通过调节使定值电阻两端的电压保持设定值不变,满足实验要求。
2.(2022·广西梧州·中考真题)小玲做“探究电流与电阻的关系”实验。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“50Ω 1A”。
(1)连接电路时,开关应 。
(2)在如图甲所示的电路中,闭合开关,移动滑片,发现电流表示数几乎为零,电压表有示数,原因是 ;经分析有一根导线连接错误,请在连接错误的导线上打“×”,并补画出一根导线连接成正确的电路;( )
(3)小玲连接好正确电路后,在AB间分别接入阻值不同的电阻R,测量了五组实验数据,其中第2组实验的电流表示数如图乙所示为 A;测得的其他四组数据如表所示,小玲检查后发现有一组数据存在错误,导致出错的原因是 。
实验组次
1
2
3
4
5
电阻R/Ω
5
10
15
25
30
电流I/A
0.6
1
0.12
0.1
(4)小玲根据正确的实验数据得出实验结论:电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成 ;
(5)以上实验控制AB间的电压为 V不变,为了使实验结论更可靠,小玲想继续保持此电压不变再多测几组数据,请计算AB间允许接入电阻R的阻值范围是 。
【答案】 断开 电压表串联在电路中了 0.3 电流表量程看错 反比 3
【详解】(1)[1]为保护电路,在连接电路过程中,开关要处于断开状态。
(2)[2]由图甲知道,电压表串联在电路中,由于电压表自身电阻非常大,所以造成电压表有示数,电流表无示数。
[3]滑动变阻器、定值电阻应串联,电压表应与定值电阻并联,可以将电阻右侧连接滑动变阻器的导线改接到电压表负接线柱上,如下图
(3)[4]由图乙知道,电流表所选量程是0~0.6A,分度值为0.02A,电流表的示数是0.3A。
[5]在探究电流与电阻的关系的实验中应控制定值电阻两端的电压一定,根据表中数据知道,第1次实验所控制的电压
U1=I1R1=0.6A×5Ω=3V
第3次实验所控制的电压
U3=I3R3=1A×15Ω=15V
第4次实验所控制的电压
U4=I4R4=0.12A×25Ω=3V
第5次实验所控制的电压
U5=I5R5=0.1A×30Ω=3V
所以错误的数据是第3次实验的数据,其原因是第3次电压值是其他的5倍,应该是电流表量程看错,读数错误。
(4)[6]根据正确的实验数据得出实验结论是:当电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
(5)[7][8]由(3)知道,实验控制AB间的电压为3V不变。继续保持此电压不变,当电流表示数是0.6A时,电路电阻最小,此时允许接入电阻R的阻值最小
当滑动变阻器全部接入时,允许接入电阻R的阻值最大
解得
AB间允许接入电阻R的阻值范围是
二.欧姆定律
3.(2022·广西贵港·中考真题)如图所示是电阻甲和乙的I﹣U图像,下列选项对图像信息判断错误的是( )
A.甲是一个定值电阻,阻值为5Ω
B.当乙两端的电压为2.5V时,其阻值为5Ω
C.将甲和乙串联,若电路中电流为0.3A.则电路的总功率为0.6W
D.将甲和乙并联,若电源电压为1V,则干路中的电流为0.3A
【答案】D
【详解】A.从图中可以看出甲电阻的电流随着电压增大而增大,并且成正比例关系,故可判断甲是一个定值电阻,阻值为
故A正确,不符合题意;
B.当乙两端的电压为2.5V时,由表可知其电流为0.5A,故由欧姆定律可得其阻值为5Ω,故B正确,不符合题意;
C.将甲和乙串联,若电路中电流为0.3A,从表中可得此时乙电阻电流为0.3A时,其两端电压为0.5V,甲电阻两端电压为1.5V,故总的电压为2V,由功率公式
故C正确,不符合题意;
D.将甲和乙并联,若电源电压为1V,根据图表可知此时通过乙电阻的电流为0.4A,通过甲电阻的电流为0.2A,故干路中电流应该为0.6A,故D错误,符合题意。
故选D。
4.(2022·广西·中考真题)在“探究电流与电压的关系”实验中,采用图像法得到如图所示的I-U图像,由图可知,电阻R一定时,通过导体的电流与导体两端的电压的关系及R的阻值分别是( )
A.成正比,R=10Ω B.成正比,R=1Ω
C.成反比,R=10Ω D.成反比,R=1Ω
【答案】A
【详解】由图所示的I-U图像是一条过原点的直线,所以当电阻R一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比;当电压为2V时,电流为0.2A,根据欧姆定律可得R的阻值为
故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
5.(2021·广西河池·中考真题)如图所示的电路中,R是滑动变阻器,L是小灯泡,闭合开关S,在确保各元件安全的前提下,把滑动变阻器的滑片P自左向右移动,下列选项正确的是( )
A.电流表示数变大 B.电流表示数不变
C.小灯泡L变亮 D.小灯泡L变暗
【答案】A
【详解】AB.灯泡和变阻器并联,把滑动变阻器的滑片P自左向右移动,变阻器阻值减小,电压不变,根据,变阻器支路电流变大,灯泡支路电流不变,总电流变大,电流表示数变大,故A正确,B错误;
CD.因为并联,所以变阻器支路不影响灯泡,灯泡亮度不变,故CD错误。
故选A。
6.(2021·广西玉林·中考真题)由欧姆定律I=变形可得R=,以下说法正确的是( )
A.导体的电阻跟它两端的电压成正比
B.导体的电阻跟通过它的电流成反比
C.导体的电阻跟它两端的电压和通过它的电流无关
D.导体的电阻由它两端的电压和通过它的电流的比值决定
【答案】C
【详解】导体的电阻是导体的一种属性,导体两端的电压及通过它的电流的大小不会影响导体电阻的大小,而电路中导体的电阻一定时,通过导体的电流与其两端的电压成正比,当电路中的电压一定时,改变电路中的电阻大小,通过电阻的电流会与电阻成反比,故ABD错误,C正确。
故选C。
7.(2022·广西桂林·中考真题)在物理兴趣小组的活动中,小桂按如图所示的电路图连接电路,电源电压恒定为,为滑动变阻器,、为定值电阻,且,。闭合开关前,应将的滑片移动至最 (选填“左”或“右”)端;闭合开关,将滑片移至某点固定不动,当开关由点切换到点时,电压表示数变化了,电流表示数变化了,则 。
【答案】 右 20
【详解】[1]闭合开关前,为保护电路,滑动变阻器接入阻值应最大,如图所示,滑片应调到最右端。
[2]闭合开关S,将滑片移至某点固定不动,当开关S1在a点时,滑动变阻器与R串联,电压表测定值电阻R两端电压U1,电流表测电流I1,电源电压可表示为
---------①
当开关S1在b点时,滑动变阻器与 串联,电压表测电阻两端电压 ,电流表测电流,由于
根据串联分压
开关S1切换过程中,电压表示数变化了0.5V,可得
接入电路电阻增大,电流会减小
电源电压可表示为
---------②
联立①②式,可得
R0接入的阻值为
代入由①式
解得
则Rx两端电压和电流为
Rx电阻为
8.(2022·广西·中考真题)图中,甲、乙为两只相同的电压表或电流表,若断开开关,甲、乙两表示数之比为,通过的电流为,此时与 联。更换两表种类,闭合开关,两表均有示数,此时两表均为 表,通过的电流为,则 。
【答案】 并 电压 3∶1
【详解】[1]由题意可知,若断开开关,两表均有示数且示数不相等;若两表均为电压表,则两电压表均测量电源电压,示数相等;所以两表均为电流表,甲表测通过R1的电流,乙表测通过R2的电流,且甲、乙两表的比值为2∶1,示数不同,所以此时与并联。
[2]两表原来均为电流表,更换两表种类,所以此时两表均为电压表。
[3]与并联时,甲表测通过R1的电流,乙表测通过R2的电流,且甲、乙两表的比值为2∶1,因为并联,所以R1、R2两端电压相等,根据欧姆定律可得
所以R2=2R1,此时,当两表均为电压表时,闭合开关,两个电阻串联,根据欧姆定律可得通过的电流为
所以
9.(2021·广西贵港·中考真题)如图甲所示的电路,电源电压恒定,滑动变阻器R上标有“20Ω 1A”的字样,R2=6Ω,两电表量程均保持不变,电路中各元件均在安全情况下工作。当闭合开关S1、断开S2,滑片P移动到某一位置时,电流表和电压表指针的位置如图乙所示;当同时闭合开关S1、S2,滑动变阻器接入电路的阻值不变,此时电流表指针刚好达到所选量程的最大刻度值处。则R1的阻值是 Ω,电源电压是 V。
【答案】 7 7.2
【详解】[1] 当闭合开关S1、断开S2,滑片P移动到某一位置时,R1与R2和滑动变阻器串联,电流表和电压表指针的位置如图乙所示,电压表测量滑动变阻器的电压,由于滑动变阻器最大的电流为1A,故此时电流表选择的小量程,为0.4A,若滑动变阻器全部接入,此时滑动变阻器的电压最大,最大为
故电压表选择的是小量程,故此时电压表的示数为2V,则滑动变阻器的电阻为
则根据串联电压规律可以列等式
当同时闭合开关S1、S2,滑动变阻器接入电路的阻值不变,此时电流表指针刚好达到所选量程的最大刻度值处,R2被短路,只有滑动变阻器和R1接入电路,此时的电流为0.6A,则可以列等式
可以整理得出
故则R1的阻值是7Ω。
[2]经整理可得
电源电压是7.2V。
10.(2021·广西·中考真题)图是一握力计的电路示意图,a、b、c、d是四个接线柱,仪表及定值电阻R0均未画出。M、N均为金属板,N固定不动,当金属片P向左移动时,R接入电路的阻值变 。若握力F增大时,要求仪表的示数也增大,则接线柱a、b之间应接入 ,接线柱c、d之间应接入 (后两空选填“定值电阻”、“电流表”
或“电压表”)
【答案】 小 电压表 定值电阻
【详解】[1]如图所示,当金属片P向左移动时,滑动变阻器接入电路中电阻的长度减小,R接入电路的阻值变小。
[2][3]当没有外力作用于握力计时,滑片P应位于滑动变阻器的左端,此时若c、d间接入电流表,会导致电源短路,这是不允许的。c、d间更不能接入电压表,这样电压表就串联在电路中了,相当于断路。所以c、d间只能接入定值电阻,当滑片P滑到左端时,定值电阻对电路起保护作用。a、b间不能接入电流表,否则滑动变阻器会发生短路现象,则a、b间只能接入电压表。当握力增大时,滑片P右移,滑动变阻器连入电路的电阻变大,电路的总电阻变大,根据欧姆定律可知电路的总电流变小,由U=IR可知,定值电阻两端的电压减小,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以滑动变阻器两端的电压增大,即电压表的示数增大,符合题意。
三.电阻的测量
11.(2022·广西柳州·中考真题)小宸利用一个电池组,两只电流表(A1和A2),一个开关,一个阻值为R0=15Ω的定值电阻和若干导线,来测量未知电阻Rx的阻值,他设计好电路并正确操作,发现A1、A2的示数如图所示。
(1)A1、A2的示数I1、I2分别是多少?
(2)在你不确定电路设计的情况下,请判断电阻Rx可能的阻值为多少?
【答案】(1)0.3A;0.9A;(2)45Ω或5Ω或30Ω或7.5Ω。
【详解】解:(1)由图可知,电流表A1选的是“0-0.6A”的量程,A1的读数I1=0.3A;电流表A1选的是“0-3A”的量程,A2的读数I2=0.9A。
(2)由题意可知,本题是利用“安阻法”来测量未知电阻Rx的阻值,Rx和R0应并联连接,因不确定电路设计,即不确定电流表所接的位置,综合分析,电流表所接位置可能有四种情况:
①A1接在Rx的支路上,A2接在R0的支路上,则并联电路两端的电压为
Rx的阻值为
②A1接在R0的支路上,A2接在Rx的支路上,则并联电路两端的电压为
Rx的阻值为
③A1接在Rx的支路上,A2接在干路上,则并联电路两端的电压为
Rx的阻值为
④A1接在R0的支路上,A2接在干路上,则并联电路两端的电压为
Rx的阻值为
答:(1)A1、A2的示数I1、I2分别是0.3A、0.9A;
(2)在不确定电路设计的情况下,电阻Rx可能的阻值为45Ω或5Ω或30Ω或7.5Ω。
12.(2022·广西柳州·中考真题)小辉学习了电学的有关知识后,做如下实验。
(1)小辉利用如图甲的电路测量某定值电阻R的阻值。
①连接实物电路时,滑动变阻器的滑片P应置于 (选填“a”或“b”)端,开关应 ;
②实验中,移动滑片P至某位置,若电流表和电压表示数为分别0.2A、2V,则R的阻值为 Ω;
③为减小误差,改变R两端电压,多次测量电压及电流值,算出对应的电阻,最后求出电阻的 值,作为R的阻值;
(2)小辉得知某热敏电阻的阻值随温度变化图像如图乙,就利用该热敏电阻制作温控报警器,报警器电路的一部分如图丙所示,电源电压为12V。当环境温度达到或超过50℃时,电压U2达到或超过9V并触发报警器(图中未画出)报警。则图中 (选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一定值电阻的阻值为 Ω。
【答案】 b 断开 10 平均 R1 300
【详解】(1)①[1][2]为了保护电路,连接实物电路时,滑动变阻器的滑片P应置于阻值最大处,即b端,开关应断开。
②[3]根据欧姆定律可知,R的阻值为
③[4]为减小误差,改变R两端电压,多次测量电压及电流值,算出对应的电阻,最后求出电阻的平均值,作为R的阻值。
(2)[5]由图乙知当温度升高时,该热敏电阻阻值减小,分得电压减小,而温度高时输出电压要升高,以触发报警,所以R1为热敏电阻,由图线可知,温度为50℃时,R1=100Ω,根据串联电路电压的规律知热敏电阻R1两端的电压为
电路中的电流为
定值电阻的阻值为
13.(2022·广西贵港·中考真题)小华做测量定值电阻Rx阻值的实验,现有器材:待测电阻Rx、两节干电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干。
(1)请按图甲所示的电路图,以笔画线代替导线,将图乙中的电路连接完整;( )
(2)连接电路时,开关断开,并将滑动变阻器滑片置于阻值 处;
(3)正确连接电路,闭合开关,发现无论怎样移动滑片P,电流表都没有示数,而电压表示数接近3V,则故障可能是 (选填标号);
A.滑动变阻器断路 B.Rx断路 C.Rx短路
(4)排除故障后,当电压表示数为1.3V时,电流表示数如图丙所示,则通过Rx的电流大小为 A,它的阻值是 Ω;
(5)本实验要多次测量取平均值,目的是 ;
(6)小华对实验进行进一步拓展,利用电源(电压未知但恒定不变)、阻值为R0的定值电阻、电流表、开关等器材,设计了如图丁所示的电路也能测出Rx的阻值,请你完成下列实验步骤:
①按电路图正确连接电路,闭合开关S,断开开关S1,读出电流表示数I1;
② ,读出电流表示数I2;
③根据实验数据,计算出待测电阻Rx= 。(用R0、I1、I2表示)
【答案】 最大 B 0.26 5 减小误差 再闭合开关S1
【详解】(1)[1]滑动变阻器要采取“一上一下”的连接方式,与待测电阻串联,如图
(2)[2]为保护电路,连接电路时,开关断开,并将滑动变阻器滑片置于阻值最大处。
(3)[3] A.若滑动变阻器断路,电路断路,电流表、电压表都无示数,故A不符合题意;
B.电流表示数没有,说明电路断开,电压表示数接近电源电压,说明电压表、电流表、滑动变阻器、开关与电源两极连通,所以电路故障可能是定值电阻断路,故B符合题意;
C.若Rx短路,电压表与Rx并联,电压表无示数,电流表有示数,故C不符合题意。
故选B。
(4)[4]由图知,电流表量程为,分度值为0.02A,读数为0.26A。
[5]则待测电阻
(5)[6]为了使结果更加准确,应多测几组电流、电压值,计算出多组Rx的值,然后求平均值,这样可以减小误差。
(6)①按电路图正确连接电路,闭合开关S,断开开关S1,读出电流表示数I1,此时电阻R0两端的电压即为电源电压
②[7]再闭合开关S1,电阻R0、Rx并联,读出电流表示数为电路总电流,因为电源电压不变,所以流过电阻R0电流不变,根据并联电路电流特点,流过电阻Rx的电流
③[8]电阻Rx的值
14.(2022·广西玉林·中考真题)如图1甲所示是“测量小灯泡的电阻”的实验电路图。
(1)请根据图1甲所示电路图,用笔画线代替导线完成图乙未连接好的实物电路 (要求滑片向右移动时小灯泡变亮);
(2)电路连接好后闭合开关,发现电流表有示数,电压表无示数,小灯泡不亮,如果电路只有一个元件有故障,该故障可能是小灯泡 ;
(3)排除故障后,继续进行实验,小灯泡正常发光时电压表示数如图1丙所示,其读数为 V;
(4)根据实验数据,作出小灯泡工作时的关系图像如图2所示,则小灯泡正常发光时的电阻为 ;
(5)由图2可知,不同电压下,小灯泡电阻值不同,灯丝的电阻会随温度升高而变 ;
(6)若实验过程中发现电压表损坏,现增加一个已知阻值为的定值电阻和一个开关,设计如图3所示的电路,也能测出小灯泡正常发光时的电阻,其实验步骤如下:
①闭合开关S,断开开关S1,移动滑动变阻器的滑片P,使电流表的示数为,并记录下来;
②保持滑动变阻器滑片P的位置不动,闭合开关S和S1,记下此时电流表的示数为;
③保持开关S和S1闭合,移动滑动变阻器的滑片至最右端,记下此时电流表的示数为;
④则小灯泡正常发光时电阻的表达式为: (用、、和表示)。
【答案】 短路 2.5 10 大
【详解】(1)[1]滑片P向右移动时小灯泡变亮,说明电路中电流变大,变阻器阻值变小,故变阻器右下接线柱与灯泡串联接入电路中,如下图
(2)[2]电路连接好后闭合开关,发现电流表有示数,说明电路是通路;电压表无示数,小灯泡不亮,说明电压表并联的支路短路或电压表短路,如果电路只有一个元件有故障,该故障可能是小灯泡短路。
(3)[3]排除故障后,小灯泡正常发光,此时电压表示数如图1丙,由图知道,电压表选用小量程,分度值0.1V,故其示数为2.5V。
(4)[4]由I-U的关系图像可知,当灯泡两端电压为2.5V时,通过灯泡的额定电流为0.25A,小灯泡正常发光时的电阻为
(5)[5]由I-U的关系图像知道,当灯泡两端的电压增大,通过灯泡的电流也变大,根据P=UI知道,灯泡的功率变大,灯丝的温度升高,灯丝的电阻随温度的升高而变大。
(6)[6]在步骤①中,R、R0和L串联在电路中,电流表测串联电路电流,移动滑动变阻器的滑片P,使电流表的示数为I额,此时灯泡正常发光;由知道,电路的总电阻为
在步骤②中,R和R0串联在电路中,电流表测串联电路电流,保持滑动变阻器滑片P的位置不动,此时电流表的示数为I1,由知道,电路的总电阻为
在步骤③中,电路为只有R0的简单电路,此时电流表的示数为I2,根据U=IR知道,电源电压为
U源=I2R0
由电阻的串联规律知道,小灯泡正常发光时电阻的表达式为
15.(2022·广西河池·中考真题)某实验小组用伏安法测量待测电阻的阻值,设计的实验电路如图甲所示。
(1)根据图甲用笔画线代替导线将图乙的实物图补充完整 ;
(2)该实验的原理是 ;
(3)某次测量时,电压表的示数为1.5V,电流表的示数为0.3A,则待测电阻的阻值为 ;实验时应多测几组数据,求电阻的平均值,目的是 ;
(4)若撤去电压表和滑动变阻器,新增一个阻值为的定值电阻,利用如图丙所示的实验电路,也可以测量待测电阻的阻值。实验步骤如下:
①首先,闭合开关、,记录电流表的示数;
②接着,断开开关 ,记录电流表的示数;则待测电阻的阻值 (用、、表示)。
【答案】 5 减小误差
【详解】(1)[1]由电路图可知,待测电阻与滑动变阻器串联,电压表测待测电阻两端的电压,电流表测通过待测电阻的电流,滑动变阻器选用左下接线柱与开关串联接入电路中,实物图如图所示:
(2)[2]用伏安法测量待测电阻的阻值实验中,用电压表测待测电阻两端的电压,用电流表测通过的电流,根据计算电阻,故该实验的原理是。
(3)[3]由可知,待测电阻的阻值为
[4]为了提高测量的准确程度,要多次测量求平均值减小误差。
(4)[5][6]实验步骤:①首先,闭合开关、,记录电流表的示数,此时电路为的简单电路,被短路,电流表测通过的电流,电源电压为
②接着,断开开关,记录电流表的示数,此时与串联,电流表测电路中的电流,根据欧姆定律可知,两端的电压为
两端的电压为
由欧姆定律可知,待测电阻的阻值为
16.(2022·广西·中考真题)在水果中平行插入两片不同金属制成的极板,就组成了一个水果电池,如图所示。物理兴趣小组的同学在课外实践活动中探究影响水果电池电压大小的因素,实验前,他们的部分实验猜想如下:
猜想一:水果电池电压可能与水果的种类有关
猜想二:水果电池电压可能与极板的材料有关
(1)为了验证猜想一和猜想二,在不同水果中插入不同金属制成的极板,并保持两块极板间的距离、极板插入水果的深度不变,分别测出电压,实验记录如下表所示。
实验序号
水果种类
两极板间电压U/V
铁—锌
铁—铜
铜—锌
1
苹果
0.6
0.7
1.0
2
菠萝
0.5
0.6
0.9
3
梨
0.4
0.5
0.8
4
橙
0.7
0.8
1.1
①为了验证猜想一,保持 不变,改变水果种类,多次实验后,得出结论:猜想一是 (选填“正确”或“错误”)的;
②分析数据可知,水果电池电压与极板材料有关,表中效果最好的两极板材料是 ;
③图中,与电压表标有“3”字样的接线柱相连的极板是水果电池的 极,若要使电压表指针偏转角度更大,可将多个水果电池 联。
(2)将两极板插入水果更深些,发现电压表示数发生了变化,由此,可以提出一个可探究的科学问题是 ;
(3)兴趣小组的同学将两极板都换成铜片,发现两铜极板间无电压,于是提出一个新的探究问题:水果的电阻是多大?为此,利用一个电源(未知电压)、已知阻值的定值电阻、导线、三个开关及原有的电压表进行电路设计,测出此时水果的电阻,请在虚线框内画出可行的电路图 。(水果的电阻用“”这样的符号表示)
【答案】 极板的材料 正确 铜—锌 正 串 水果电池电压可能与极板与水果的接触面积有关
【详解】(1)①[1][2]为了验证猜想一:水果电池电压可能与水果的种类有关,需要控制极板的材料不变,仅改变水果种类;由表格数据可知,当两极板材料相同,例如都为铁—锌时,改变水果种类,苹果、菠萝、梨、橙它们组成的水果电池电压都不相同,说明水果电池电压与水果的种类有关,故猜想一是正确的。
②[3]由表格数据可知,当水果的种类相同,例如都为苹果时,由铁—锌、铁—铜、铜—锌极板的材料组成的水果电池电压都不相同,且由铜—锌极板材料制成的水果电池电压最大,所以铜—锌极板材料效果最好。
③[4][5]由电压表的使用规则可知,电压表“3V”的接线柱接电源的正极;由串联电路电压规律可知,若要增大电源电压,使电压表指针偏转角度更大,可将多个水果电池串联。
(2)[6]将两极板插入水果更深些,极板与水果的接触面积就越大,发现电压表示数发生了变化,可以提出猜想:水果电池电压可能与极板与水果的接触面积有关。
(3)[7]利用一个电源(未知电压)、已知阻值的定值电阻、导线、三个开关及原有的电压表进行电路设计,测出此时水果的电阻,设计的电路图如图所示:
当闭合时,水果电阻被短路,为的简单电路,电压表测电源电压,此时电压记为,当只闭合时,两电阻串联,电压表测两端的电压,此时的电压记为,由欧姆定律可知,电路中的电流为
由串联电路电压规律可知,水果电池两端的电压为
则此时水果的电阻
17.(2021·广西百色·中考真题)在测量未知阻值R的实验中,小明设计了实验电路并进行连接,如图甲所示。
(1)在连接电路时,开关应处于 状态。
(2)图甲是小明接好的实物连接图,其中有一条导线连接错误,该导线是第 条(从图中选填导线序号);
(3)改正错误后再进行实验,实验前应将滑动变阻器的滑片P移到最 (选填“左”或“右”)端。小明闭合开关S,发现电流表无示数,电压表的示数较大,则电路故障可能是 。
(4)排除故障后,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表示数为2.4V时,电流表示数如图乙所示,则其示数为 A,未知电阻R= Ω。
(5)若实验中只有一个电压表和一个已知阻值为R0的定值电阻,小明设计了如图丙所示的电路,同样可以测量未知电阻Rx的阻值,请将以下实验步骤补充完整:
①闭合开关S、断开开关S1,用电压表测出待测电阻Rx两端的电压为U1;
② ,记下此时电压表读数为U;
③请写出未知电阻R阻值表达式:Rx= (用U、U1和R0表示)。
【答案】 断开 2 左 未知电阻R断路 0.32 7.5 再闭合开关S1
【详解】(1)[1]连接电路时,为保护电路,开关应处于断开状态。
(2)[2]原电路中,电阻和电压表没有连入电路中,电阻应与电流表串联,电压表与电阻并联,连接错误的导线是第2条,正确连接方式是,把2从定值电阻的左端改接到右端即可。
(3)[3]改正错误后进行实验,为了保护电路,实验前应将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处,即最左端。
[4]小明闭合开关S,发现电流表无示数,电路可能断路,电压表的示数较大,电压表串联在电路中,与电源连通,则电路故障可能是未知电阻R断路。
(4)[5]纠正错误,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表示数为2.4V,电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流为0.32A。
[6]未知电阻阻值为
(5)[7]实验步骤:①闭合开关S、断开开关S1,用电压表测出待测电阻Rx端的电压为U1;
②再闭合开关S1,用电压表测出电源的电压U;
[8]在①中,两电阻串联,电压表测待测电阻的电压;在②中,定值电阻短路,电压表测电源电压,由串联电路电压的规律,在①中,定值电阻的电压为
电路中的电流
未知电阻Rx阻值表达式
四.欧姆定律在串、并联电路中的应用
18.(2022·广西梧州·中考真题)如图为自动测定油箱内油量的装置原理图,电源电压为36V,R为滑动变阻器,R0为定值电阻,电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~36V。油箱中的油量是通过电流表或电压表的示数反映出来的,且表的最大量程对应油箱最大油量,当油箱内的油面在最高或最低位置时,滑动变阻器的滑片P恰好能分别滑至两端,当油面达到最低位置时,反映油量的电表示数为最大量程的。下列说法错误的是( )
A.R0阻值为60Ω
B.滑动变阻器的阻值变化范围为0~300Ω
C.当滑动变阻器的滑片P在中点时,电压表的示数为21V
D.当滑动变阻器的滑片P在中点时,电流表的示数为0.17A
【答案】C
【详解】A.滑动变阻器接入电路的阻值为零,电流表的示数最大,根据
可知:定值电阻R0的阻值应为
故A正确,不符合题意;
B.当油箱内油面达到最低位置时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,电路的电流最小;根据反映油量的电表的最大示数为最大量程的可知
根据可知电路总电阻
根据串联电路的总电阻等于各电阻之和可知:滑动变阻器的最大阻值为
所以滑动变阻器的阻值变化范围为0~300Ω;故B正确,不符合题意
CD.因为滑片在中点,所以滑动变阻器接入电路的电阻为
此时电流为
故C错误,符合题意,D正确,不符合题意。
故选C。
19.(2022·广西贵港·中考真题)为保障安全,现在很多室内公共场所安装有烟雾报警装置,如图所示是烟雾报警的简化原理图。电源电压保持不变,R0为定值电阻,光敏电阻R的阻值随光照强度的减弱而增大,当电路中的电流减小至某一数值时报警器开始报警。当有烟雾遮挡射向光敏电阻R的激光时,下列说法正确的是( )
A.电流表的示数变小,电压表的示数不变
B.电流表的示数变小,电压表的示数变大
C.电流表的示数不变,电压表的示数变大
D.电流表的示数不变,电压表的示数不变
【答案】B
【详解】分析电路图可知,定值电阻R0与光敏电阻R串联,电压表测光敏电阻R两端的电压,电流表测电路中的电流;当有烟雾遮挡射向光敏电阻R的激光时,光照强度减弱,光敏电阻R的阻值增大,根据串联电阻的规律,总电阻变大,由可知,电路中电流变小,即电流表示数变小;根据U=IR可知,定值电阻R0两端的电压变小;根据串联电路电压的规律可知,光敏电阻R的电压增大,即电压表示数变大,故B符合题意。
故选B。
20.(2023·广西·中考真题)实验小组在实验时,不慎将灯泡的玻璃外壳碰碎。他们惊奇地发现几乎不发光,与其串联的灯泡不仅没有熄灭,反而更亮。开关断开后的电路如图甲,和都标有“2.5V 0.3A”字样。针对上述现象,探究下列问题:玻璃破碎后,的灯丝电阻发生了什么变化?玻璃外壳究竟起什么作用?
(1)玻璃外壳破碎前的电压和电流分别为1.20V和0.20A;玻璃外壳破碎后,两端的电压变为0.40V,通过的电流变为如图乙所示,则电流为 A。初步分析可知:玻璃破碎后,电阻 (选填“变大”或“变小”);
(2)为进一步探究玻璃外壳破碎后电阻变化特点,对、的电流和电压进行测量,实验数据记录如下表。分析发现,的电阻 (选填“大于”或“小于”)玻璃外壳破碎后的电阻;
灯泡
实验次序
1
2
3
4
5
6
L1、L2
电流Ⅰ/A
0.16
0.18
0.20
0.22
0.24
0.26
L1
电压U1/V
0.78
1.00
1.20
1.50
1.80
2.10
L2
电压U2/V
0.20
0.23
0.30
0.41
0.52
0.80
(3)实验中,对着吹气,发现两端电压突然变小、电流突然变大,说明吹气加快灯丝表面空气流速,加快其散热速度,从而使灯丝电阻变小。由此推断,灯丝的电阻大小与 有关,玻璃外壳可能起到 的作用;
(4)细心的同学在实验过程中发现,灯丝呈螺旋状,于是提出新的问题:为什么将灯丝设计成螺旋状?你认为这样设计的目的是① ② 。
【答案】 0.22 变小 大于 温度 减少散热 减少散热,提高灯丝温度 增加灯丝的长度,增大电阻
【详解】(1)[1]由图乙可知,电流表量程为0~0.6A,分度值为0.02A,读数为0.22A。
[2]玻璃破碎前,L2的电阻为
玻璃破碎后,L2的电阻为
分析可知,玻璃破碎后,电阻变小。
(2)[3]分析表格中数据可知:L1、L2串联,电流相等,L1两端的电压大于L2两端的电压,根据公式可知,L1的电阻大于玻璃外壳破碎后L2的电阻。
(3)[4][5]吹气加快了L2灯丝表面空气流速,加快其散热速度,降低了灯丝的温度,从而使灯丝电阻变小,由此推断,灯丝的电阻大小与温度有关,玻璃外壳可能起到减少散热、提高灯丝温度的作用。
(4)[6][7]通过步骤(3)的分析可知,减少灯丝的散热,可以防止灯丝的温度快速降低造成的灯丝电阻迅速减小。灯丝呈螺旋状,减少了与空气的接触面积,可以减少灯丝的散热,防止灯丝温度降低,电阻变小;同时增加了灯丝的长度,增大电阻,更好的发光。
21.(2021·广西柳州·中考真题)压敏电阻的阻值会随压力的变化而变化,某实验小组通过如图甲的电路探究压敏电阻RF的阻值随压力变化的关系,该小组操作如下:
(1)首先,应确保电流表指针对准 刻度线,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于 端;
(2)闭合开关,将滑动变阻器的滑片逐渐向另一端移动,电流表示数变 ;
(3)当滑片处于b端时,电流表示数如图乙,则I= A;
(4)保持滑片处于b端不动,逐渐往压敏电阻上增加砝码来增大压力,观察到电流表示数逐渐变大,在此过程中,压敏电阻两端的电压 ;
(5)记录数据并画出电流随砝码总质量变化的图像(如图丙),根据图丙画出压敏电阻的阻值随压力变化的图像(如图丁)。由图可知,压敏电阻的阻值随压力增大而 ;
(6)他们利用该电路改装成一款电子科,将电流表的表盘换成电子秤的表盘,则原来0.6A的位置应刻成 kg,刻度线刻成 (选填“均匀”或“不均匀”)的;若将滑动变阻器的滑片向a端移动一些,则电子秤的量程 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】 零 a 大 0.18 不变 减小 2.0 均匀 变大
【详解】(1)[1]开始实验前,电路没有电流,则应确保电流表指针对准零刻度线。
[2]为保护电路安全,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于 阻值最大处,由于滑片与a端相连,阻值最大时应滑到a端。
(2)[3]由于压敏电阻RF与滑动变阻器组成串联电路,闭合开关,将滑动变阻器的滑片逐渐向另一端移动时,串联电路中的总电阻减小,电源电压不变,由欧姆定律知,电路中的电流变大,即电流表的示数变大。
(3)[4]当滑片处于b端时,电流表取0~0.6A量程,则示数为0.18A。
(4)[5]逐渐往压敏电阻上增加砝码来增大压力时,观察到电流表示数逐渐变大,说明压敏电阻的阻值在变小,保持滑片处于b端不动,电路中只有压敏电阻连入电路,由于电源电压不变,则压敏电阻两端的电压不变。
(5)[6]由图丁的图像变化规律曲线可知,压敏电阻的阻值随压力增大而减小。
(6)[7]由图丙可得,当电流为0.6A时,对应砝码的质量为2.0kg,即原来0.6A的位置应刻成 2.0kg。
[8]由图丙可得:电路中的电流与砝码总质量变化成正比,所以电流表的表盘刻度线刻成均匀的。
[9]由电源电压不变,电流表的量程最大为0.6A可得,电路中总电阻的最小值一定,将滑动变阻器的滑片向a端移动一些,滑动变阻器的阻值变大,则压敏电阻RF的阻值可以比原来小。而压敏电阻的阻值随压力增大而减小,所以压敏电阻上可以施加更大的压力,即电子秤的量程变大。
一、多选题
1.(2025·广西来宾·一模)图甲是身高、体重测量仪,电路原理如图乙所示,其中压敏电阻R的阻值随压力增大而减小。当体检者站在测量仪上时,滑片P随所测量对象身高增高而上滑,下列分析正确的是( )
A.体重越大,电流表示数越大 B.体重越大,R两端的电压越大
C.身高越高,通过的电流越小 D.身高越高,电压表示数越大
【答案】AD
【详解】由电路图可知,R与并联,电压表测滑片P下方电阻丝两端的电压,电流表测压敏电阻R支路的电流。
AB.当体重越大时,压敏电阻受到的压力越大,由压敏电阻R的阻值随压力增大而减小可知,R的阻值越小,由可知,通过R的电流越大,即电流表的示数越大;R两端电压等于电源电压,所以R两端电压不变,故A正确,B错误;
CD.因电压表的内阻很大,在电路中相当于断路,所以,人的身高变化即滑片移动时,接入电路中的电阻不变,因并联电路中各支路两端的电压相等,且各支路独立工作、互不影响,所以,由可知,通过的电流不变;当身高越高时,滑片上移,滑片P下方电阻丝的阻值变大,由可知,滑片P下方电阻丝两端的电压变大,即电压表的示数变大,故C错误,D正确。
故选AD。
2.(2025·广西南宁·一模)如图所示是某水果店使用的电子秤工作原理简化图,1、2、3为接线柱,R0为定值电阻,电源电压保持不变。滑片P可在竖直放置的电阻R上滑动,不放水果时,由电表(电流表或电压表)改装成的显示器示数也增大。下列说法正确的是( )
A.此时接线柱“1”应与“3”连接 B.显示器由电压表改装而成
C.为了节约电能,可去掉电阻R0 D.当水果质量增大时,电阻R0两端的电压增大
【答案】AD
【详解】B.闭合开关,两电阻串联接入电路,所以该显示器由电流表改装而成,故B错误;
AD.当接线柱“1”与“3”连接时,当所称水果的质量增大时,变阻器接入电路中的阻值变小,则电路中电流变大,则电流表示数变大,由可知,电阻R0两端的电压增大,故AD正确;
C.电阻R0保护电路,没有定值电阻R0,电路中电流过大,会损坏电流表,故C错误。
故选AD。
3.(2025·广西·模拟预测)如图是地磅工作原理示意图,秤台连在竖直弹簧上,电路与恒压电源连接。未称量时,滑动变阻器的 滑片在最上端,称量时,滑片向下滑动。闭合开关, 当秤台上小车的质量增大时,则( )
A.电压表的示数减小
B.电压表的示数增大
C.电流表的示数不变
D.电流表的示数增大
【答案】BC
【详解】如图,定值电阻和滑动变阻器的整个电阻串联在一起,电流表测电路中电流,电压表测滑动变阻器滑片以上部分两端电压。当秤台上小车的质量增大时,滑片向下移动,滑动变阻器接入电路的电阻不变,电路的总电阻不变,电源电压也不变,则电路中电流不变,电流表示数不变;滑动变阻器滑片以上部分电阻变大,分得的电压变大,电压表示数变大,故BC符合题意,AD不符合题意。
故选BC。
二、填空题
4.(2025·广西南宁·一模)如图所示的电路,电源电压可以调节。灯泡L1的规格是“2.5V,0.3A”,灯泡L2的规格是“6V,0.15A”,闭合开关使电源电压从零逐渐增加,先正常发光的灯泡是 ,此时通过另一灯泡的电流是 A。
【答案】 L2 0.15
【详解】[1][2]闭合开关S,两个灯串联在电路中,使电源电压从0V逐渐增加,电路中电阻一定,由可知电路中的电流变大,由于灯L2的额定电流0.15A小于L1的额定电流0.3A,电路中的电流先达到L2的额定电流,灯泡L2先正常发光,此时另一灯泡的电流也是0.15A。
5.(2025·广西柳州·模拟预测)抛绣球是壮族人民喜爱的民俗活动之一,小妤设计了一个自动记录绣球过圈数量的计数器,其简化电路如图甲所示。其中是光敏电阻,当绣球挡住了射向的红外线时,的电阻会变小为20Ω,间电压变大,这时自动计数器计数一次。已知是定值电阻,电源电压恒为12V,当绣球穿过球圈时,间的电压随时间变化的图像如图乙所示,则的阻值为 Ω;当没有绣球通过球圈,红外线正常照射时,电路总电流 A。
【答案】 40 0.1
【详解】[1]由图甲可知,R1、R2串联,R1是光敏电阻,每当绣球挡住了射向R1的红外线时,R1的电阻会变小,AB间电压变大,由乙图可知R1变小后,AB间输出的电压为8V,即R2两端的电压为U2=8V,由串联电路的电压特点可知,R1两端的电压为
由串联电路的分压原理可知
将数据带入上式可得
解得
[2]当红外线照射R1时,由乙图可知,AB间输出的电压为4V,即R2两端的电压为U2'=4V,此时电路中的电流为
三、实验题
6.(2025·广西桂林·二模)图甲是汽车倒车报警装置的简化电路图,电源电压为,为距离传感器,其阻值随传感器到障碍物的距离的变化关系如图乙所示,、间可接入与,匹配的定值电阻来调节报警距离,如图丙所示。当电路中电流达到一定值时报警。
(1)利用图丙所示的电路测量阻值,实验原理是 (填公式);
(2)连接电路时,开关应处于 状态,闭合开关前调节滑动变阻器的滑片,使电路中的 在开始测量时最小;
(3)如图丙所示,闭合开关,发现电流表无示数,电压表指针明显偏转,故障可能是 ;
(4)排除故障后,将滑动变阻器的滑片移到某一位置时,电压表示数如图丁所示,电流表示数为,则的阻值为 ;按同样的方法测出了另外几个定值电阻的阻值分别为30Ω、40Ω、60Ω;
(5)当、间接入的电阻,传感器到障碍物距离为时,报警器开始报警,报警电流为 A;
(6)若要使电路能在传感器到障碍物距离大于时报警器开始报警。请写出一种可行的方法: 。
【答案】(1) (2)断开 电压表示数 (3)断路 (4)45 (5)0.15 (6)减小、间的电阻
【详解】(1)丙图中分别测量出未知电阻的电流和电压,根据可得未知电阻的阻值,因此测量电阻的实验原理是。
(2)[1]连接电路时,为了保护电路,开关要断开。
[2]闭合开关前为了保护电路,变阻器接入电路中的阻值最大,根据串联分压原理可知,变阻器两端电压最大,则未知电阻两端电压最小,即电压表的示数最小,因此使电路中电压表的示数在开始测量时最小。
(3)丙图中电路是串联的,电压表测Rx两端电压,电流表测电路中的电流,闭合开关,发现电流表无示数,说明电路发生断路,电压表指针明显偏转,电压表与电源接通,故障可能是Rx断路。
(4)丁图中电压表选择的是大量程,分度值是0.5V,读数为9V,则的阻值为
(5)据乙图可知,当传感器到障碍物距离为时,的阻值为20Ω,此时电路中的总电阻为
电路中的电流为
即报警电流为0.15A。
(6)由于电路报警时电流不变,根据可知,电路中的电阻不变,据乙图可知,传感器到障碍物距离越大,电阻越大,因此若要使电路能在传感器到障碍物距离大于时报警器开始报警,可以减小、间的电阻。
7.(2025·广西南宁·三模)如图所示是小明和小刚探究电流与电阻关系的电路,电源由3节新干电池组成,实验中定值电阻的阻值分别为、、、。
实验次序
1
2
3
4
电阻
5
10
15
20
电流表示数
0.6
0.3
0.2
0.16
(1)连接电路时开关应 ;闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到 (选填“A”或“B”)端;
(2)正确连接电路,小明发现,闭合开关,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,电流表示数均为零,电压表示数接近电源电压,经检查线路连接没有问题,则故障原因可能是定值电阻 ;
(3)在实验过程中将电阻更换成电阻后立即闭合开关,发现电压表示数变 (选填“大”或“小”),接下来应将滑动变阻器的滑片向 (选填“左”或“右”)移,直至电压表示数为,并记下此时电流表的示数;
(4)多次实验后,实验数据如表所示。分析表格数据可知,在误差范围内,导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成 比;
(5)小刚用同样的装置重做实验,他控制定值电阻两端电压为不变并顺利完成实验。之后他想用额定电压为的小灯泡替换定值电阻来测量小灯泡的额定功率,已知小灯泡的额定电流在和之间,你认为原来的电路及器材能满足测量要求吗?并说明理由。
【答案】(1) 断开 B (2)断路 (3)大 右 (4)反 (5)能,见解析
【详解】(1)[1][2]为了保护电路,连接电路时,开关应处于断开状态,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于最大电阻处,即B端。
(2)闭合开关,无论怎样移动滑片P,发现电流表始终无示数,说明电路是断路,电压表有示数,说明与电压表并联以外的电路是通路,故障原因可能是定值电阻断路。
(3)[1][2]在实验过程中将电阻更换成电阻后立即闭合开关,由串联分压可知,电压表示数变大,探究电流与电阻关系,保持电压表的示数不变,由串联电路电压的规律可知增大变阻器两端的电压,由串联分压可知,增大变阻器连入电路的电阻,应将滑动变阻器的滑片向右运动,直至电压表示数为,并记下此时电流表的示数。
(4)由表中数据可知,电阻增大为原来的几倍,通过的电流变为原来的几分之一,电流和电阻的乘积不变,即电压表的示数不变,可以得到导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
(5)小灯泡的额定电流在0.2~0.5A之间,当小灯泡的额定电流为0.2A时,由欧姆定律可得,小灯泡的电阻
当小灯泡的额定电流为0.5A时,由欧姆定律可得,小灯泡的电阻
小灯泡的电阻范围为5-12.5Ω,而实验中定值电阻R的阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω,所以原来的电路及器材能满足测量要求。
8.(2025·广西梧州·二模)某兴趣小组利用以下器材进行一些电学实验。器材有:干电池3节(电源电压略小于4.5V),滑动变阻器3个(铭牌上分别标有“5Ω 3A”、“20Ω 2A”、“50Ω1.5A”字样),电流表、电压表、开关各一个,电阻(10Ω)、电阻(20Ω)、电阻(30Ω)各一个,导线若干。
(1)探究电流大小与电压的关系
①实验前在检查仪器时,发现电流表指针如图甲所示,则接下来的操作是 ;
②用笔画线替代导线将图乙电路连接完整;
③闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移至 (选填“A”或“B”)端;电压表示数为0.7V,电流表示数为0.07A。移动滑片P,逐步增大R两端电压,记录电压表的示数U和对应的电流表的示数I,并画出图像,如图丙所示;依据图像,得到的结论是 ;根据实验的数据,应选用铭牌上标有 字样的滑动变阻器的,电源电压为 V;
(2)设计声音强弱的等级检测装置电路图,请根据提供的器材和要求画在方框内。如图丁为声敏电阻(R)的阻值随声音强弱的等级(单位:dB)变化关系的图像。
①提供的器材:声敏电阻(R)、保护电阻()、电压表、电源(电池)、导线。
②要求:周围环境声音强弱的等级越大,电压表的示数越大,将电压表改装成声音强弱的等级检测装置。
【答案】(1) 调零 A 在电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比 “50Ω 1.5A” 4.2
(2)
【详解】(1)[1]实验前在检查仪器时,发现电流表指针如图乙所示,电流表指针没有与零刻度线对齐,故接下来的操作是对电流表进行调零。
[2]变阻器一上一下接入电路中,如图所示:
[3]闭合开关前,应将滑动变阻器阻值调到最大处,所以移至A端。
[4]由图乙可知,图线为一条过原点的斜线,故得到的结论是:当电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
[5][6]由图甲可知,电源为三节干电池串联,每节电压略小于1.5V,则电源电压应该大于3V,小于4.5V;
闭合开关,电压表示数为0.7V,电流表示数为0.07A,此时滑动变阻器接入电路的阻值最大,根据串联电路电压规律和欧姆定律可知,电源电压为①
若选用“5Ω,3A”的滑动变阻器,代入①式,则U=1.05V,不符合题意;若选用“20Ω,2A”的滑动变阻器,代入①式,则U=2.1V,不符合题意;若选用“50Ω,1.5A”的滑动变阻器,代入①式,则U=4.2V,符合题意;故实验中选用的滑动变阻器的铭牌上标有“50Ω,1.5A”字样,电源电压为4.2V。
(2)可以将声敏电阻和电阻串联,电压表并联保护电阻两端,由图丙可知,声音等级越大,声敏电阻的阻值越小,由串联分压可知声敏电阻的电压减小,电压表示数越大,如图所示:
9.(2025·广西河池·二模)在“伏安法测小灯泡电阻”的实验中,小强设计了如图甲所示的电路来测量正常工作电压为小灯泡的电阻,电源电压恒为,滑动变阻器向左移动时灯泡变亮。
(1)请用笔画线代替导线将图甲连接完整。
(2)连接线路时,开关应 (选填“断开”或“闭合”)。
(3)实验中某时刻电压表示数为,为使小灯泡正常发光,应将滑动变阻器的滑片向 (选填“A”或“B”)端移动,直到电压表示数为 V。
(4)小强还测量了小灯泡在不同电压下的电流,并根据所测得的数据绘制了小灯泡的电流与电压的关系图像,如图乙所示,小灯泡正常发光的电阻为 。
(5)实验完成后,小强发现了电学实验盒里有一个发光二极管。他想研究一下发光二极管和小灯泡串联在同一个电路中,哪个会更亮一些。小强按照丙图的电路图接好电路,闭合开关,发现二极管发光,但看不到小灯泡发光。小强根据所学到的电学知识进行了如下的猜想:①小灯泡短路了②小灯泡的实际功率太小了。在保证电路安全的情况下,他拿一根导线进行了实验来验证自己的猜想。请帮他完成实验:小强把导线接在了 (选填“小灯泡”或“二极管”)两端,发现电流表的示数改变了,则验证了猜想 (选填“①”或“②”)是正确的。
【答案】(1) (2)断开 (3) A 2.5 (4)10
(5) 小灯泡 ②
【详解】(1)滑动变阻器需串联在电路中,且滑片向左(A端)移动时灯泡变亮,说明电路电流增大,滑动变阻器接入电路的阻值减小,故应将滑动变阻器的A端接线柱接入电路。连接电路如图所示:
(2)为保护电路元件,防止连接过程中短路或电流过大,连接线路时开关应处于断开状态。
(3)[1]电压表示数为2.3V,低于灯泡额定电压2.5V,需增大灯泡两端电压。根据串联分压原理,应减小滑动变阻器接入电路的阻值,故滑片应向A端移动。
[2]当电压表示数达到灯泡额定电压2.5V时,灯泡正常发光,停止调节滑片。
(4)由图像乙可知,当灯泡两端电压为2.5V时,通过灯泡的电流为0.25A,根据欧姆定律可得,正常发光时的电阻
(5)[1]若猜想②正确(小灯泡实际功率过小),将导线并联在小灯泡两端后,小灯泡被短路,电路中仅剩二极管工作,电流表示数会因总电阻减小而增大。若是小灯泡一开始就是短路的,那么将导线并联在小灯泡两端后,电路不会出现任何变化。
[2]若电流表示数变化,说明小灯泡未被短路,其不发光是因实际功率过小(电流过小),故验证了猜想②的正确性。若电流表无变化,则可能是小灯泡本身短路(猜想①),但题目中二极管仍发光且电流表变化,排除了猜想①。
10.(2025·广西南宁·二模)学校“水培种植屋”的蔬菜适宜生长温度在10~30℃之间,某学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路,电阻箱是可以调节并显示阻值的变阻器。
(1)利用如图甲、乙所示电路探究热敏电阻阻值随环境温度变化的规律:
①接电路的过程中,应将开关 ,将电阻箱的阻值调至 处,起到保护电路的作用。
②将热敏电阻置于0℃的环境中,闭合S1、断开S2,记录电流表示数为,然后 。描述开关状态),调节电阻箱直至电流表示数为,此时 。
③将热敏电阻置于不同温度的环境中,重复步骤②的操作,测得的数据如表所示。分析数据可得:热敏电阻的阻值随温度的升高而 。
温度
0
10
20
30
40
电阻箱
2800
1800
1200
800
600
(2)根据上述探究结果,设计报警电路。实验器材:电源(恒为)、热敏电阻、电阻箱、数字电压表报警)、数字电流表时报警)、开关一个、导线若干。设计要求:小屋温度或时都有一个电表报警。
(3)图是学习小组设计的报警电路图,但它不能完全满足要求,请你根据设计要求将电路图补画完整。
(4)设计的电路中,电阻箱应调为 。
【答案】(1) 断开 最大 断开S1,闭合S2 R0 减小
(2)
(3)见详解
(4)1200
【详解】(1)[1][2]为了保护电路,连接电路的过程中,应将开关断开,闭合开关前,应将电阻箱的阻值调至最大。
[3][4]由欧姆定律可知,电源电压一定时,两次电路中的电流相等时,两次电路中的电阻相等,因此测前只让将热敏电阻置于0℃的环境中时通过热敏电阻的电流后,再只让电阻箱接入电路中,此时应断开S1、闭合S2,通过调节电阻箱时此时通过电阻箱的电流与热敏电阻接入电路中时通过热敏电阻的电流相等都为I0,此时电阻箱接入电路的电阻与热敏电阻的阻值相等。
[5]由表中数据可知,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(2)连接12V电源、开关、热敏电阻Rt、电阻箱R0(选择电阻为1200Ω)、形成串联回路,数字电压表并联在Rt两端,数字电流表串联在电路中,当小屋温度t=10℃时,Rt=1800Ω,此时通过电路的电流为
此时数字电流表不报警,Rt两端的电压为
则此时数字电压表报警;当小屋温度t=30℃时,Rt=800Ω,此时通过电路的电流为
此时数字电流表报警,Rt两端的电压为
则此时数字电压表不报警,如图所示:
(3)由表可知,温度t≥30℃时,热敏电阻的阻值减小,由欧姆定律可知此时电路的电流增大,会引起数字电流表报警,当t≤10℃时热敏电阻阻值的增大,由串联电路的分压原理可知,热敏电阻两端的电压变大,为了让另一个电表报警,应将电压表并联在热敏电阻两端,如图所示:
(4)由表中数据可知,温度t=30℃和t=10℃时热敏电阻的阻值分别为800Ω和1800Ω,由题意可知,当温度t=30℃时,数字电流表mA刚好报警时,电路中的电流为I=6mA=6×10-3A
由欧姆定律可知,此时电路中的总电阻
由串联电路的电阻特点可知,电阻箱R0接入电路的阻值R0=R总-Rt30=2000Ω-800Ω=1200Ω
当温度降低到10℃时,电路中的总电阻R总'=R0+Rt10=1200Ω+1800Ω=3000Ω
此时电路中的电流
由欧姆定律可知,此时热敏电阻两端的电压UV=IARt10=4×10-3A×1800Ω=7.2V
数字电压表报警,符合题意。
11.(2025·广西南宁·二模)在“测量小灯泡正常发光时的电阻”的实验中,待测小灯泡标有“2.5V”字样,电源电压为6V且保持不变:
(1)请用笔画线代替导线将图甲所示的电路连接完整;
(2)在连接实物电路的过程中,开关必须 ;
(3)连接好电路后,将滑片P移至最大阻值处再进行试触,发现小灯泡不发光,电流表无示数,电压表指针偏转角度太大,则原因可能是______(填选项);
A.小灯泡短路 B.小灯泡断路 C.滑动变阻器断路
(4)排除故障后,闭合开关,电压表的示数如图乙所示,为了完成实验,应将图甲中的滑片P向 (选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为2.5V;
(5)根据实验记录的数据绘制成如图丙所示的图像,分析图像可知:①小灯泡正常发光时的电阻为 Ω;②小灯泡的电阻随温度升高而 (选填“增大”或“减小”);
(6)受到上述实验的启发,为测量高温物体的温度,某同学将图甲电路改装成一个简易的温度传感器。思路如下:将图甲中的小灯泡换成与灯丝同种材料的电阻丝,选择图甲中的一个电表改装为温度显示仪。请你分析:应将图甲中的 表改装为温度显示仪。
【答案】(1)
(2)断开
(3)B
(4)A
(5) 12.5 增大
(6)电压
【详解】(1)灯的额定电压为2.5V,故电压表选用小量程与灯并联,如下所示:
(2)在连接实物电路的过程中,为保护电路,开关必须断开。
(3)连接好电路后,将滑片P移至最大阻值处再进行试触,发现小灯泡不发光,电流表无示数,电路可能断路,电压表指针偏转角度太大,电压表与电源连通,则原因可能是小灯泡断路,故选B。
(4)排除故障后,闭合开关,电压表的示数如图乙所示,电压表选用小量程,分度值为0.1V,电压为2.2V,小于灯的额定电压,为了完成实验,应增大灯泡的电压,由串联电路电压的规律可知减小变阻器两端的电压,由串联分压可知减小变阻器连入电路的阻值,滑片P向 A端移动,使电压表的示数为2.5V。
(5)[1]分析图像可知,小灯泡正常发光时的电流为0.2A,电阻为
[2]灯的电压为1V、1.5V时对应的电流为0.12A和0.15A,由欧姆定律可知对应的电阻为8.3Ω和10Ω,结合2.5V时的电阻为12.5Ω,小灯泡的电阻随温度升高而增大。
(6)温度越高,电阻丝的电阻越大,根据串联电路分压原理可知,电阻丝两端的电压越大,因此选择电压表改装为温度显示仪。
12.(2025·广西河池·模拟预测)学校“水培种植小屋”的蔬菜适宜生长的温度在10~30℃之间,某学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路,电阻箱是可以调节并显示阻值的变阻器。
(1)利用图甲所示电路探究热敏电阻Rt阻值随环境温度t变化的规律;
①根据图甲,用笔画线表示导线,将图乙中的实物电路连接完整;
②连接电路的过程中,应将开关 ;将电阻箱的阻值调至最大,起到 的作用;
③将热敏电阻置于0℃的环境中,闭合S1,断开S2,记录电流表示数I0,然后 (描述开关状态),调节电阻箱R0直至电流表示数为I0,此时R1=R0;
④将热敏电阻R1置于不同温度的环境中,重复步骤③,测得的数据如表:
温度t/℃
0
10
20
30
40
阻值Rt/Ω
3800
2400
1300
800
600
分析数据可得:热敏电阻的阻值随温度的升高而 ;
(2)根据上述探究结果,设计报警电路。
实验器材:电源(恒为12V)、热敏电阻R1、电阻箱R0(0∼9999Ω)、数字电压表(U≥7.2V时报警)、数字电流表(I≥5mA时报警)、开关一个、导线若干。设计要求:小屋温度t≥30℃或t≤10℃时都有一个电表报警。
①虚线框中的电路图是学习小组设计的报警电路,但它不能完全满足要求,请你根据设计要求将电路图补画完整;
②设计的电路中,电阻箱R0应调为 Ω,当温度降低到10℃时电路报警,此时电流表的示数为 mA。
【答案】(1) 或 断开 保护电路 断开S1、闭合S2 减小
(2) 1600 3
【详解】(1)[1]由图甲可知,热敏电阻和电阻箱并联,电流表测干路电流,故电路图如图所示:
或
[2][3]为了保护电路,连接电路的过程中,应将开关断开,且闭合开关前,应将电阻箱的阻值调至最大。
[4]由欧姆定律可知,电源电压一定时,两次电路中的电流相等时,两次电路中的电阻相等。因此闭合S1,断开S2,测出只让将热敏电阻置于0℃的环境中时通过热敏电阻的电流后,再只让电阻箱接入电路中,通过调节电阻箱的阻值,使此时通过电阻箱的电流与只让热敏电阻接入电路中时通过热敏电阻的电流相等都为I0,即断开S1、闭合S2,此时电阻箱接入电路的电阻与热敏电阻的阻值相等。
[5]由表中数据可知,温度升高,热敏电阻的阻值减小,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(2)[1]已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,故当温度t≥30℃时,热敏电阻的阻值减小,此时电路的电流增大,会引起数字电流表mA的报警,当t≤10℃时热敏电阻的阻值增大,由串联电路的分压原理可知,此时热敏电阻两端的电压变大,为了让另一个电表报警,应将电压表并联在热敏电阻两端,如图所示:
[2]由表中数据可知,温度t=30℃和t=10℃时热敏电阻的阻值分别为800Ω和2400Ω,由题意可知,当温度t=30℃时,数字电流表mA刚好报警时,电路中的电流为,由欧姆定律可知,此时电路中的总电阻为
由串联电路的电阻特点可知,电阻箱R0接入电路的阻值为
[3]当温度降低到10℃时,电路中的总电阻为
此时电路中的电流为
由欧姆定律可知,此时热敏电阻两端的电压为
数字电压表报警,符合题意,故当温度降低到10℃时电路报警,此时电流表的示数为3mA。
13.(2025·广西来宾·一模)小明在“探究电流与电阻的关系”实验中,使用的器材有:电源(电压)、定值电阻(、、、、)、滑动变阻器()、电流表、电压表、开关及导线若干。
(1)连接电路时,开关应 ;小明连接的电路如图甲所示,请你指出该电路存在的问题是: ;
(2)排除故障后,闭合开关前应将滑动变阻器滑片移至 处;当接入定值电阻时,调节滑动变阻器的滑片到某位置,电压表的示数如图乙所示,并记录此时电压表和电流表的示数。依次更换定值电阻进行实验,当接入电阻时,调节滑动变阻器的滑片,使电压表示数保持 V不变;
(3)若实验过程中,电源电压保持不变,当接入电阻时,调节滑动变阻器的滑片, (选填“能”或“不能”)保持电压表示数不变;
(4)多次实验后,小明得出结论:导体两端电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻 ;
(5)小秋用一个的定值电阻换走了小明的电阻,若小明仍想保持电压表示数与之前实验时相同,可以采取的措施是: 。
【答案】(1) 断开 将变阻器的上面两个接线柱连入了电路中
(2) 阻值最大 6
(3)不能
(4)成反比
(5)将滑动变阻器改换成最大电阻不小于30Ω的变阻器
【详解】(1)[1]连接电路时,为保护电路,开关应断开。
[2]该电路存在的问题是:将变阻器的上面两个接线柱连入了电路中,这样滑动变阻器连入电路中的阻值将不会发生改变。
(2)[1]排除故障后,为保护电路,闭合开关前应将滑动变阻器滑片移至阻值最大处。
[2]电压表的示数如图乙所示,电压表选用大量程,分度值为,电压为6V;探究电流与电阻的关系时,要控制电阻的电压不变,依次更换定值电阻进行实验,当接入电阻时,调节滑动变阻器的滑片,使电压表示数保持6V不变。
(3)若实验过程中,电源电压保持不变,当接入电阻时,由串联电路电压的规律可知,变阻器的电压为
即变阻器的电压等于电阻的电压,由分压关系
当接入定值电阻时,变阻器连入电路的电阻也为,大于变阻器的最大电阻,故调节滑动变阻器的滑片,不能保持电压表示数不变。
(4)当电压不变时,定值电阻的阻值变为原来的n倍,通过的电流变为原来的,即导体两端电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
(5)小秋用一个的定值电阻换走了小明的电阻,结合的分析可知,变阻器连入电路的电阻至少为,若小明仍想保持电压表示数与之前实验时相同,可以采取的措施是:将滑动变阻器改换成最大电阻不小于30Ω的变阻器。
14.(2025·广西柳州·二模)同学们测量定值电阻的阻值。滑动变阻器的最大阻值为。
(1)实验电路如图甲,电压表的上端为其 (选填“正”或“负”)接线柱。改变滑动变阻器滑片的位置,记录多组电压、电流值,其中某次电流表指针位置如图乙,则电流值为 A。图丙是根据数据画出的电流-电压图象,由此可得出的阻值与其两端电压大小 (选填“有关”或“无关”);
(2)某小组很快完成实验,老师取走电压表,要求他们测量的阻值(不进行多次测量)。小组设计的电路图如图丁,实物连接如图戊,其中一根导线连接错误,该导线是 (选填“a”“b”“c”“d”或“e”);
(3)正确连接电路后,操作如下(电流表量程满足需要):
①将滑动变阻器的滑片置于 (选填“左”或“右”)端,闭合、,记录电流表示数;
② ,记录电流表示数;
③计算的表达式 (用题中符号表示)。
【答案】(1) 负 0.32 无关
(2)a
(3) 右 断开S1,闭合S
【详解】(1)[1]根据电压表使用时电流正进负出的原则,其上端为负接线柱。
[2]电流表的量程是,分度值,读数为。
[3]根据图像知,电流与电压成正比,即比值保持不变,根据欧姆定律知,电压与电流的比值为电阻,保持不变,故电阻与电压无关;
(2)根据滑动变阻器一上一下接入电路,图中全是上方接线柱,故a错误。
(3)[1]将滑动变阻器的滑片置于右端,闭合S、,被短路。记录电流表示数;根据欧姆定律知,电源电压
[2]保持滑片位置不变,仅断开,记录电流表示数;根据欧姆定律知,电源电压
[3]由于电源电压相等,即
解得的表达式为
15.(2025·广西南宁·一模)小明同学用伏安法测量定值电阻的阻值,实验电路如图甲所示。
(1)该实验的原理是 ;
(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应移至 端(选填“a”或“b”);小明按图甲方式连接好电路,闭合开关后,发现电流表的指针向左偏转,其原因是: ;
(3)闭合开关,发现电流表无示数,但电压表有示数且接近电源电压,则可能的电路故障是Rx (选填“短路”或“断路”);
(4)调整后,小明同学重新按图甲所示的实验电路进行实验,某次实验中电压表示数如图乙所示,电流表的示数如图丙所示,则被测电阻Rx= Ω;
(5)利用图甲电路,小明又探究了电流与电阻的关系,在上述器材的基础上小明增加了定值电阻(10Ω、15Ω、20Ω各一个),其中电源电压为4.5V,图丁是实验中电流随电阻变化关系的图像,分析图像可知,实验中定值电阻两端电压保持 V不变;为了完成实验,所选滑动变阻器的最大阻值应不小于 Ω。
【答案】(1)
(2) b 电流表正负接线柱接反了
(3)断路
(4)8
(5) 3 10
【详解】(1)在伏安法测量定值电阻的阻值实验中,用电压表测定值电阻两端电压,用电流表测通过定值电阻的电流,利用求电阻,故该实验的原理是。
(2)[1]为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应处于最大阻值处,即b端。
[2]小明按图甲方式连接好电路,闭合开关后,发现电流表的指针向左偏转,即电流表指针反向偏转,说明电流表正负接线柱接反了。
(3)闭合开关,发现电流表无示数,说明电路发生了断路,电压表有示数且接近电源电压,说明电压表与电源相连,电压表被串联在电路中,则与电压表并联以外的电路是完好的,则与电压表并联的电路断路了,即可能的电路故障是Rx断路。
(4)调整后,小明同学重新按图甲所示的实验电路进行实验,电压表示数如图乙所示,选用0~3V量程,分度值为0.1V,示数为2.4V,电流表示数如图丙所示,选用0~0.6A量程,分度值为0.02A,示数为0.3A,则被测电阻Rx的阻值为
(5)[1][2]由图丁可知,定值电阻两端电压为UV=IR=0.3A×10Ω=……=0.15A×20Ω=3V
实验中使用的定值电阻阻值最大为20Ω,定值电阻两端的电压始终保持UV=3V,根据串联电路电压的规律,滑动变阻器分得的电压U滑=U-UV=4.5V-3V=1.5V
滑动变阻器分得的电压为电压表示数的
根据分压原理,当接入20Ω电阻时,滑动变阻器连入电路中的电阻为R滑=0.5×20Ω=10Ω
即所选择的滑动变阻器的最大阻值不能小于10Ω。
16.(2025·广西·模拟预测)在测量未知电阻阻值的实验中,小明设计并连接了如图甲所示的实验电路。
(1)小明在连接电路的过程中,开关必须处于 状态。闭合开关之前将滑动变阻器的滑片调到最 (选填“左”或“右”)端。
(2)请用笔画线代替导线将如图甲所示的电路连接完整。
(3)闭合开关,发现电流表无示数,电压表的示数接近电源电压,则电路故障可能是 (选填“断路”或“短路”)。
(4)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P, 当电流表示数为时,电压表示数如图乙所示,则其示数为 , 未知电阻 。
(5)若实验中只有一个电压表和一个已知阻值为的定值电阻,小明设计了如图丙所示的电路,同样可以测量未知电阻的阻值,请将实验步骤补充完整:
①闭合开关, 断开开关, 用电压表测出待测电阻两端的电压为;
②闭合开关S、S1, 记下此时电压表读数为;
③请写出未知电阻阻值的表达式: (用和表示)。
【答案】(1) 断开 右
(2)
(3)断路
(4) 2.4 8
(5)
【详解】(1)[1][2]为了保护电路,在连接电路时,开关必须处于断开状态,在闭合开关前,滑片应置于变阻器的最大阻值处,即图甲中的最右端。
(2)用伏安法测量未知电阻的阻值,电流表测电路中的电流,电压表测未知电阻两端的电压,电源为2节干电池,电压为3V,电压表选用小量程。作图如下:
(3)实验所用电路,滑动变阻器、未知电阻及电流表串联接入,闭合开关,电流表无示数,电路可能出现断路,电压表的示数接近电源电压,则电压表与电源是接通的,可能是电压表并联部分电路断路了,所以电路故障可能未知电阻Rx断路了。
(4)[1]由图乙知,电压表选用小量程,分度值为0.1V,示数为2.4V。
[2]未知电阻的阻值
(5)由图丙知,开关S闭合,S1断开,两个电阻串联在电路中,电压表测Rx两端的电压为U1;两个开关都闭合,则电路中只有Rx工作,此时电压表的示数为电源电压。则两个电阻串联时,R0两端的电压
此时电路中的电流
未知电阻的阻值
四、计算题
17.(2025·广西南宁·一模)物理兴趣小组设计了如图甲所示的湖水水位监测报警装置。电源电压恒定不变,定值电阻R0=30Ω;厚度均匀的长条形电阻片R竖直放置,浮子可带动金属滑杆AP即滑动变阻器滑片竖直上下移动。当电流表的示数达到设定数值时,表示水位达到警戒水位,装置发出报警信号。闭合开关,滑杆AP位于电阻片底端B点时,电压表示数为6V,电流表示数为0.1A。
水位高度h/cm
10
15
20
30
电流I/A
0.1
0.12
0.15
0.3
(1)求滑动变阻器的最大阻值。
(2)求电源电压。
(3)浮子带动滑杆AP从底端B点上移到顶端C点的过程中,记录下几组水位和对应的电流表示数如表所示,当电流表的示数为0.25A时,水位达到警戒值,求警戒水位高度。
【答案】(1)60Ω
(2)9V
(3)28cm
【详解】(1)当滑杆AP在点时,滑动变阻器接入最大阻值,根据,可得滑动变阻器最大阻值为
(2)定值电阻,电流,根据,两端电压为
电源电压为
(3)当电流时,电路总电阻为
滑动变阻器接入电阻为
由表格数据,分析电流与水位关系(或看电阻变化规律 ),滑杆从到,电阻从变到,对应水位变化,根据电阻变化比例(或结合数据找规律 ),可算出当电阻为时,水位高度为28cm。
18.(2025·广西河池·模拟预测)某物理实践小组设计了一种工程上的压力测量装置,其原理如图甲所示。电路中电源电压恒为5V,定值电阻R0的阻值为30Ω,电压表的量程为0~3V,轻质绝缘的压力检测板M与可变电阻R相连,R的阻值与压力F的关系如图乙所示。闭合开关S后,试问:
(1)检测板不受压力时,电路中的电流为多少?此时电压表的示数为多少?
(2)该装置所能测量的最大压力为多少?
(3)在不改变电源电压和电压表量程的情况下,若要提高该装置所能测量的最大压力值,请写出一种简便可行的办法。
【答案】(1)0.05A,1.5V
(2)5×103N
(3)见解析
【详解】(1)由图甲可知,R、R0串联,电压表测定值电阻两端的电压,由图乙可知,当检测板不受压力时,R的阻值为R=70Ω,根据串联电路的电阻特点可知,电路中的总电阻为
此时电路中的电流为
由欧姆定律可知R0两端的电压为
(2)根据电压表量程可知,R0两端的最大电压为U0大=3V,根据欧姆定律可得电路中的最大电流为
电路中的最小总电阻为
根据串联电路的电阻特点可知R的最小阻值为
由图乙可知,当R小=20Ω时,该装置所能测量的最大压力为5×103N。
(3)压力越大,R的阻值越小,由于R0两端的最大电压一定,电源电压不变时,R两端的最小电压也不变,由串联电路的分压规律可知,要提高该装置所能测量的最大压力值的改进方法为:可将定值电阻R0换为阻值较小的电阻或在定值电阻R0两端并联一个阻值适当的电阻。
19.(2025·广西来宾·一模)学校开展了防溺水安全教育后,科技小组的同学设计了一种防溺水装置,其简化电路如图甲所示。已知电源电压恒定,定值电阻R0的阻值为20Ω,RP是压敏电阻,图乙是压敏电阻阻值RP随水深h变化的图像。该装置未浸入水中时,电流表示数是0.1A;当浸入水下深度h大于等于2.5m时,装置中由电压表改装而成的报警器开始报警。求:
(1)该电路的电源电压;
(2)报警器刚开始报警时,RP两端的电压;
(3)为了防溺水的需要,如果把报警水位调整到1m,请你写出一种可行的方案,并结合计算进行说明。
【答案】(1)6V
(2)3V
(3)一种可行的方案:将定值电阻R0换成阻值为30Ω的定值电阻;计算见解析。
【详解】(1)由图甲可知,定值电阻R0与压敏电阻RP串联,装置未浸入水中时,压敏电阻RP的阻值RP=40Ω
此时电路中总电阻
电路中电流
则电源电压
(2)当水深h=2.5m时,报警器开始报警,由图乙可知此时压敏电阻的阻RP’=20Ω
此时电路中总电阻
电路中的电流
压敏电阻RP两端的电压
(3)触发报警器开始报警时R0两端电压
由图乙可知报警器水位h=1m时,压敏电阻的阻值R1P=30Ω
若此时报警器报警,压敏电阻两端的电压
通过压敏电阻的电流
此时定值电阻R0的阻值
故如果把报警水位调整到1m,可将定值电阻R0换成阻值为30Ω的定值电阻。
20.(2025·广西南宁·一模)图甲是某物理兴趣小组设计的简易“坐位体前屈”测试仪,其简化原理如图乙。测试者向前水平推动测试仪的滑块(相当于向右移动图乙中滑动变阻器的滑片P),电压表的示数U1可反映测试者的成绩L(如表)。电源的电压U恒为6V,滑动变阻器R1标有“30Ω,1A”的字样,定值电阻R2=20Ω,电压表的量程为0~3V,电流表的量程为0~0.6A,闭合开关S;
成绩L/cm
10
20
30
电压表示数U1/V
1
2
3
(1)当测试者的成绩L为10cm时,定值电阻R2的电压U2;
(2)当滑动变阻器连入电路的阻值R1=10Ω时,测试者的成绩L;
(3)在保证电路元件安全的情况下,电路的最小电流。
【答案】(1)5V (2)20cm (3)0.15A
【详解】(1)由图乙可知,滑动变阻器R1与定值电阻R2串联,电流表测电路中的电流,电压表测R1两端的电压。当测试者的成绩L为10cm时,由表中数据知道,R1两端的电压
根据串联电路的电压规律知道,定值电阻R2的电压
(2)当滑动变阻器连入电路的阻值R1=10Ω时,根据串联的电阻规律和欧姆定律知道,电路中的电流
此时R1两端的电压,即电压表的示数
由表中数据知道,测试者的成绩L为20cm。
(3)根据欧姆定律知道,电路的总电阻越大,电路中的电流越小,此时R1接入电路的阻值越大,当R1的阻值为30Ω时,根据串联的电阻规律和欧姆定律知道,电路中的电流
此时R1两端的电压,即电压表的示数
由于此时电压表的示数大于3V,即超过了电压表的量程,所以当电压表示数为3V时,电路允许的电流最小,根据串联电路的电压规律知道,定值电阻R2最小电压
电路中的最小电流
21.(2025·广西·一模)如图甲是用热敏电阻测量环境温度的电路,电源电压恒为5V,电路中电流表的量程为0~0.02A,滑动变阻器R的铭牌上标有“150Ω 0.3A”字样,Rt为热敏电阻,其阻值随环境温度变化关系如图乙所示。求:
(1)将此电路放入温度为20℃的环境中,闭合开关,调节滑片P至某一位置,此时电流表的读数为0.01A,求此时滑动变阻器接入电路的阻值;
(2)若滑片位置不动,求该电路能测量的最高环境温度;
(3)为了提高电路测量的最高环境温度,请写出一种可行方案,并进行说明。
【答案】(1)100Ω (2)45℃ (3)见解析
【详解】(1)根据图像可知,当环境温度为20℃时,热敏电阻Rt=400Ω。当电流表的读数为0.01A,电路中的总电阻为
滑动变阻器接入电路中的电阻为
(2)若滑片位置不动,滑动变阻器接入电路中的电阻为100Ω。电路中的最大电流为0.02A,总电阻为
热敏电阻的阻值为
根据图乙可知,Rt为热敏电阻随环境温度变化关系成一次函数变化,设Rt为热敏电阻随环境温度变化关系为。
当Rt=400Ω时,t=20℃,代入关系式可得:①
当Rt=300Ω时,t=30℃,代入关系式可得:②
联立①②可得,k=10,b=600。则Rt随温度t变化的函数关系为
把Rt=150Ω代入上面的关系式,可得,
解得t=45℃,即最高环境温度为45℃。
(3)方案1:适当提高电路中电流表的量程:由可知,当电源电压不变时,电路最大电流增大,总电阻减小,热敏电阻的阻值减小,根据Rt-t图像关系可知,对应的温度增大。
方案2:将滑动变阻器的滑片向右移动:由可知,电源电压不变时,最大电流不变,则总电阻不变,滑动变阻器的阻值变大,热敏电阻的阻值减小,根据Rt-t图像关系可知,对应的温度增大。
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五、电磁学
专题13 欧姆定律
1.(2024·广西·中考真题)【新情境——地磅检测汽车载重情况】公路部门往往通过地磅检测汽车载重情况。图甲是跨学科学习团队设计的可视化地磅的电路原理图,主要由踏板(重力不计)、压力传感器R、显示承重的仪表(实质为电流表,量程0~0.6A)等组成,R的阻值与所受压力F大小关系如图乙所示。电源电压为12V,定值电阻R0的阻值为5Ω。求:
(1)当R的阻值为35Ω时,电路的电流;
(2)当通过电路的电流为0.4A时,地磅的测量值;
(3)为了增加地磅的最大测量值,请你写出一种可行的方案,并列出关系式进行说明。
2.(2022·广西贺州·中考真题)【新情境——水文站测量桂江水位】贺州市水利资源丰富,小明设计了如图甲所示的水文站测量桂江水位的原理图。电源电压U=3V,定电阻R0=10Ω,滑动变阻器R长20cm,最大阻值20Ω。且滑动变阻器的阻值随滑片P从最上端C位置移动到最下端D位置的过程中均匀变化(滑片P移动过程中摩擦不计)。弹簧下端悬挂一重为50N的物体AB,其底面积为0.01m2、长为0.3m。弹簧伸长量与它受到拉力的关系如图乙所示(不计弹簧质量,连接弹簧两端的绝缘细绳不可伸长)。求:
(1)当物体AB上表面与水面相平时,物体AB受到的浮力大小;
(2)当水面从物体AB的上表面逐渐下降至下表面刚好离开水面的过程中,弹簧伸长了多少cm?
(3)闭合开关S后,当水面在物体AB上表面时,滑片刚好在滑动变阻器R的最上端C位置,水面从物体AB上表面逐渐下降至下表面刚好离开水面时,电压表的示数是多少?
一.电流与电压和电阻的关系
1.(2025·广西·中考真题)用图甲所示的电路探究电流与电阻的关系。已知电源电压为,滑动变阻器最大阻值为,四个定值电阻的阻值分别为和。
(1)在连接电路前,开关应处于 状态,滑动变阻器的滑片置于 (选填“A”或“B”)端。
(2)连接好电路后,闭合开关,发现电压表有示数、电流表无示数,则电路故障的原因可能是电流表 (选填“短路”或“断路”)。
(3)排除故障后,进行实验。每当更换定值电阻,就调节滑动变阻器的滑片,使定值电阻两端电压保持不变,并记下电流表的示数。下表完整记录了前3组数据,第4组的电流如图乙所示,则电流大小为 A。分析表格数据可知:导体两端电压一定时,导体中的电流跟导体的电阻成 。
实验序号
1
2
3
4
5
R/Ω
16
20
40
80
I/A
0.50
0.40
0.20
(4)为了得到第5组数据,进一步验证实验结论,现用一个的定值电阻和上述器材进行实验,你认为是否可行?请作出判断并说明理由。
答: (选填“可行”或“不可行”),理由: 。
2.(2022·广西梧州·中考真题)小玲做“探究电流与电阻的关系”实验。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“50Ω 1A”。
(1)连接电路时,开关应 。
(2)在如图甲所示的电路中,闭合开关,移动滑片,发现电流表示数几乎为零,电压表有示数,原因是 ;经分析有一根导线连接错误,请在连接错误的导线上打“×”,并补画出一根导线连接成正确的电路;( )
(3)小玲连接好正确电路后,在AB间分别接入阻值不同的电阻R,测量了五组实验数据,其中第2组实验的电流表示数如图乙所示为 A;测得的其他四组数据如表所示,小玲检查后发现有一组数据存在错误,导致出错的原因是 。
实验组次
1
2
3
4
5
电阻R/Ω
5
10
15
25
30
电流I/A
0.6
1
0.12
0.1
(4)小玲根据正确的实验数据得出实验结论:电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成 ;
(5)以上实验控制AB间的电压为 V不变,为了使实验结论更可靠,小玲想继续保持此电压不变再多测几组数据,请计算AB间允许接入电阻R的阻值范围是 。
二.欧姆定律
3.(2022·广西贵港·中考真题)如图所示是电阻甲和乙的I﹣U图像,下列选项对图像信息判断错误的是( )
A.甲是一个定值电阻,阻值为5Ω
B.当乙两端的电压为2.5V时,其阻值为5Ω
C.将甲和乙串联,若电路中电流为0.3A.则电路的总功率为0.6W
D.将甲和乙并联,若电源电压为1V,则干路中的电流为0.3A
4.(2022·广西·中考真题)在“探究电流与电压的关系”实验中,采用图像法得到如图所示的I-U图像,由图可知,电阻R一定时,通过导体的电流与导体两端的电压的关系及R的阻值分别是( )
A.成正比,R=10Ω B.成正比,R=1Ω
C.成反比,R=10Ω D.成反比,R=1Ω
5.(2021·广西河池·中考真题)如图所示的电路中,R是滑动变阻器,L是小灯泡,闭合开关S,在确保各元件安全的前提下,把滑动变阻器的滑片P自左向右移动,下列选项正确的是( )
A.电流表示数变大 B.电流表示数不变
C.小灯泡L变亮 D.小灯泡L变暗
6.(2021·广西玉林·中考真题)由欧姆定律I=变形可得R=,以下说法正确的是( )
A.导体的电阻跟它两端的电压成正比
B.导体的电阻跟通过它的电流成反比
C.导体的电阻跟它两端的电压和通过它的电流无关
D.导体的电阻由它两端的电压和通过它的电流的比值决定
7.(2022·广西桂林·中考真题)在物理兴趣小组的活动中,小桂按如图所示的电路图连接电路,电源电压恒定为,为滑动变阻器,、为定值电阻,且,。闭合开关前,应将的滑片移动至最 (选填“左”或“右”)端;闭合开关,将滑片移至某点固定不动,当开关由点切换到点时,电压表示数变化了,电流表示数变化了,则 。
8.(2022·广西·中考真题)图中,甲、乙为两只相同的电压表或电流表,若断开开关,甲、乙两表示数之比为,通过的电流为,此时与 联。更换两表种类,闭合开关,两表均有示数,此时两表均为 表,通过的电流为,则 。
9.(2021·广西贵港·中考真题)如图甲所示的电路,电源电压恒定,滑动变阻器R上标有“20Ω 1A”的字样,R2=6Ω,两电表量程均保持不变,电路中各元件均在安全情况下工作。当闭合开关S1、断开S2,滑片P移动到某一位置时,电流表和电压表指针的位置如图乙所示;当同时闭合开关S1、S2,滑动变阻器接入电路的阻值不变,此时电流表指针刚好达到所选量程的最大刻度值处。则R1的阻值是 Ω,电源电压是 V。
10.(2021·广西·中考真题)图是一握力计的电路示意图,a、b、c、d是四个接线柱,仪表及定值电阻R0均未画出。M、N均为金属板,N固定不动,当金属片P向左移动时,R接入电路的阻值变 。若握力F增大时,要求仪表的示数也增大,则接线柱a、b之间应接入 ,接线柱c、d之间应接入 (后两空选填“定值电阻”、“电流表”
或“电压表”)
三.电阻的测量
11.(2022·广西柳州·中考真题)小宸利用一个电池组,两只电流表(A1和A2),一个开关,一个阻值为R0=15Ω的定值电阻和若干导线,来测量未知电阻Rx的阻值,他设计好电路并正确操作,发现A1、A2的示数如图所示。
(1)A1、A2的示数I1、I2分别是多少?
(2)在你不确定电路设计的情况下,请判断电阻Rx可能的阻值为多少?
12.(2022·广西柳州·中考真题)小辉学习了电学的有关知识后,做如下实验。
(1)小辉利用如图甲的电路测量某定值电阻R的阻值。
①连接实物电路时,滑动变阻器的滑片P应置于 (选填“a”或“b”)端,开关应 ;
②实验中,移动滑片P至某位置,若电流表和电压表示数为分别0.2A、2V,则R的阻值为 Ω;
③为减小误差,改变R两端电压,多次测量电压及电流值,算出对应的电阻,最后求出电阻的 值,作为R的阻值;
(2)小辉得知某热敏电阻的阻值随温度变化图像如图乙,就利用该热敏电阻制作温控报警器,报警器电路的一部分如图丙所示,电源电压为12V。当环境温度达到或超过50℃时,电压U2达到或超过9V并触发报警器(图中未画出)报警。则图中 (选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一定值电阻的阻值为 Ω。
13.(2022·广西贵港·中考真题)小华做测量定值电阻Rx阻值的实验,现有器材:待测电阻Rx、两节干电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干。
(1)请按图甲所示的电路图,以笔画线代替导线,将图乙中的电路连接完整;( )
(2)连接电路时,开关断开,并将滑动变阻器滑片置于阻值 处;
(3)正确连接电路,闭合开关,发现无论怎样移动滑片P,电流表都没有示数,而电压表示数接近3V,则故障可能是 (选填标号);
A.滑动变阻器断路 B.Rx断路 C.Rx短路
(4)排除故障后,当电压表示数为1.3V时,电流表示数如图丙所示,则通过Rx的电流大小为 A,它的阻值是 Ω;
(5)本实验要多次测量取平均值,目的是 ;
(6)小华对实验进行进一步拓展,利用电源(电压未知但恒定不变)、阻值为R0的定值电阻、电流表、开关等器材,设计了如图丁所示的电路也能测出Rx的阻值,请你完成下列实验步骤:
①按电路图正确连接电路,闭合开关S,断开开关S1,读出电流表示数I1;
② ,读出电流表示数I2;
③根据实验数据,计算出待测电阻Rx= 。(用R0、I1、I2表示)
14.(2022·广西玉林·中考真题)如图1甲所示是“测量小灯泡的电阻”的实验电路图。
(1)请根据图1甲所示电路图,用笔画线代替导线完成图乙未连接好的实物电路 (要求滑片向右移动时小灯泡变亮);
(2)电路连接好后闭合开关,发现电流表有示数,电压表无示数,小灯泡不亮,如果电路只有一个元件有故障,该故障可能是小灯泡 ;
(3)排除故障后,继续进行实验,小灯泡正常发光时电压表示数如图1丙所示,其读数为 V;
(4)根据实验数据,作出小灯泡工作时的关系图像如图2所示,则小灯泡正常发光时的电阻为 ;
(5)由图2可知,不同电压下,小灯泡电阻值不同,灯丝的电阻会随温度升高而变 ;
(6)若实验过程中发现电压表损坏,现增加一个已知阻值为的定值电阻和一个开关,设计如图3所示的电路,也能测出小灯泡正常发光时的电阻,其实验步骤如下:
①闭合开关S,断开开关S1,移动滑动变阻器的滑片P,使电流表的示数为,并记录下来;
②保持滑动变阻器滑片P的位置不动,闭合开关S和S1,记下此时电流表的示数为;
③保持开关S和S1闭合,移动滑动变阻器的滑片至最右端,记下此时电流表的示数为;
④则小灯泡正常发光时电阻的表达式为: (用、、和表示)。
15.(2022·广西河池·中考真题)某实验小组用伏安法测量待测电阻的阻值,设计的实验电路如图甲所示。
(1)根据图甲用笔画线代替导线将图乙的实物图补充完整 ;
(2)该实验的原理是 ;
(3)某次测量时,电压表的示数为1.5V,电流表的示数为0.3A,则待测电阻的阻值为 ;实验时应多测几组数据,求电阻的平均值,目的是 ;
(4)若撤去电压表和滑动变阻器,新增一个阻值为的定值电阻,利用如图丙所示的实验电路,也可以测量待测电阻的阻值。实验步骤如下:
①首先,闭合开关、,记录电流表的示数;
②接着,断开开关 ,记录电流表的示数;则待测电阻的阻值 (用、、表示)。
16.(2022·广西·中考真题)在水果中平行插入两片不同金属制成的极板,就组成了一个水果电池,如图所示。物理兴趣小组的同学在课外实践活动中探究影响水果电池电压大小的因素,实验前,他们的部分实验猜想如下:
猜想一:水果电池电压可能与水果的种类有关
猜想二:水果电池电压可能与极板的材料有关
(1)为了验证猜想一和猜想二,在不同水果中插入不同金属制成的极板,并保持两块极板间的距离、极板插入水果的深度不变,分别测出电压,实验记录如下表所示。
实验序号
水果种类
两极板间电压U/V
铁—锌
铁—铜
铜—锌
1
苹果
0.6
0.7
1.0
2
菠萝
0.5
0.6
0.9
3
梨
0.4
0.5
0.8
4
橙
0.7
0.8
1.1
①为了验证猜想一,保持 不变,改变水果种类,多次实验后,得出结论:猜想一是 (选填“正确”或“错误”)的;
②分析数据可知,水果电池电压与极板材料有关,表中效果最好的两极板材料是 ;
③图中,与电压表标有“3”字样的接线柱相连的极板是水果电池的 极,若要使电压表指针偏转角度更大,可将多个水果电池 联。
(2)将两极板插入水果更深些,发现电压表示数发生了变化,由此,可以提出一个可探究的科学问题是 ;
(3)兴趣小组的同学将两极板都换成铜片,发现两铜极板间无电压,于是提出一个新的探究问题:水果的电阻是多大?为此,利用一个电源(未知电压)、已知阻值的定值电阻、导线、三个开关及原有的电压表进行电路设计,测出此时水果的电阻,请在虚线框内画出可行的电路图 。(水果的电阻用“”这样的符号表示)
17.(2021·广西百色·中考真题)在测量未知阻值R的实验中,小明设计了实验电路并进行连接,如图甲所示。
(1)在连接电路时,开关应处于 状态。
(2)图甲是小明接好的实物连接图,其中有一条导线连接错误,该导线是第 条(从图中选填导线序号);
(3)改正错误后再进行实验,实验前应将滑动变阻器的滑片P移到最 (选填“左”或“右”)端。小明闭合开关S,发现电流表无示数,电压表的示数较大,则电路故障可能是 。
(4)排除故障后,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表示数为2.4V时,电流表示数如图乙所示,则其示数为 A,未知电阻R= Ω。
(5)若实验中只有一个电压表和一个已知阻值为R0的定值电阻,小明设计了如图丙所示的电路,同样可以测量未知电阻Rx的阻值,请将以下实验步骤补充完整:
①闭合开关S、断开开关S1,用电压表测出待测电阻Rx两端的电压为U1;
② ,记下此时电压表读数为U;
③请写出未知电阻R阻值表达式:Rx= (用U、U1和R0表示)。
四.欧姆定律在串、并联电路中的应用
18.(2022·广西梧州·中考真题)如图为自动测定油箱内油量的装置原理图,电源电压为36V,R为滑动变阻器,R0为定值电阻,电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~36V。油箱中的油量是通过电流表或电压表的示数反映出来的,且表的最大量程对应油箱最大油量,当油箱内的油面在最高或最低位置时,滑动变阻器的滑片P恰好能分别滑至两端,当油面达到最低位置时,反映油量的电表示数为最大量程的。下列说法错误的是( )
A.R0阻值为60Ω
B.滑动变阻器的阻值变化范围为0~300Ω
C.当滑动变阻器的滑片P在中点时,电压表的示数为21V
D.当滑动变阻器的滑片P在中点时,电流表的示数为0.17A
19.(2022·广西贵港·中考真题)为保障安全,现在很多室内公共场所安装有烟雾报警装置,如图所示是烟雾报警的简化原理图。电源电压保持不变,R0为定值电阻,光敏电阻R的阻值随光照强度的减弱而增大,当电路中的电流减小至某一数值时报警器开始报警。当有烟雾遮挡射向光敏电阻R的激光时,下列说法正确的是( )
A.电流表的示数变小,电压表的示数不变
B.电流表的示数变小,电压表的示数变大
C.电流表的示数不变,电压表的示数变大
D.电流表的示数不变,电压表的示数不变
20.(2023·广西·中考真题)实验小组在实验时,不慎将灯泡的玻璃外壳碰碎。他们惊奇地发现几乎不发光,与其串联的灯泡不仅没有熄灭,反而更亮。开关断开后的电路如图甲,和都标有“2.5V 0.3A”字样。针对上述现象,探究下列问题:玻璃破碎后,的灯丝电阻发生了什么变化?玻璃外壳究竟起什么作用?
(1)玻璃外壳破碎前的电压和电流分别为1.20V和0.20A;玻璃外壳破碎后,两端的电压变为0.40V,通过的电流变为如图乙所示,则电流为 A。初步分析可知:玻璃破碎后,电阻 (选填“变大”或“变小”);
(2)为进一步探究玻璃外壳破碎后电阻变化特点,对、的电流和电压进行测量,实验数据记录如下表。分析发现,的电阻 (选填“大于”或“小于”)玻璃外壳破碎后的电阻;
灯泡
实验次序
1
2
3
4
5
6
L1、L2
电流Ⅰ/A
0.16
0.18
0.20
0.22
0.24
0.26
L1
电压U1/V
0.78
1.00
1.20
1.50
1.80
2.10
L2
电压U2/V
0.20
0.23
0.30
0.41
0.52
0.80
(3)实验中,对着吹气,发现两端电压突然变小、电流突然变大,说明吹气加快灯丝表面空气流速,加快其散热速度,从而使灯丝电阻变小。由此推断,灯丝的电阻大小与 有关,玻璃外壳可能起到 的作用;
(4)细心的同学在实验过程中发现,灯丝呈螺旋状,于是提出新的问题:为什么将灯丝设计成螺旋状?你认为这样设计的目的是① ② 。
21.(2021·广西柳州·中考真题)压敏电阻的阻值会随压力的变化而变化,某实验小组通过如图甲的电路探究压敏电阻RF的阻值随压力变化的关系,该小组操作如下:
(1)首先,应确保电流表指针对准 刻度线,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于 端;
(2)闭合开关,将滑动变阻器的滑片逐渐向另一端移动,电流表示数变 ;
(3)当滑片处于b端时,电流表示数如图乙,则I= A;
(4)保持滑片处于b端不动,逐渐往压敏电阻上增加砝码来增大压力,观察到电流表示数逐渐变大,在此过程中,压敏电阻两端的电压 ;
(5)记录数据并画出电流随砝码总质量变化的图像(如图丙),根据图丙画出压敏电阻的阻值随压力变化的图像(如图丁)。由图可知,压敏电阻的阻值随压力增大而 ;
(6)他们利用该电路改装成一款电子科,将电流表的表盘换成电子秤的表盘,则原来0.6A的位置应刻成 kg,刻度线刻成 (选填“均匀”或“不均匀”)的;若将滑动变阻器的滑片向a端移动一些,则电子秤的量程 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
一、多选题
1.(2025·广西来宾·一模)图甲是身高、体重测量仪,电路原理如图乙所示,其中压敏电阻R的阻值随压力增大而减小。当体检者站在测量仪上时,滑片P随所测量对象身高增高而上滑,下列分析正确的是( )
A.体重越大,电流表示数越大 B.体重越大,R两端的电压越大
C.身高越高,通过的电流越小 D.身高越高,电压表示数越大
2.(2025·广西南宁·一模)如图所示是某水果店使用的电子秤工作原理简化图,1、2、3为接线柱,R0为定值电阻,电源电压保持不变。滑片P可在竖直放置的电阻R上滑动,不放水果时,由电表(电流表或电压表)改装成的显示器示数也增大。下列说法正确的是( )
A.此时接线柱“1”应与“3”连接 B.显示器由电压表改装而成
C.为了节约电能,可去掉电阻R0 D.当水果质量增大时,电阻R0两端的电压增大
3.(2025·广西·模拟预测)如图是地磅工作原理示意图,秤台连在竖直弹簧上,电路与恒压电源连接。未称量时,滑动变阻器的 滑片在最上端,称量时,滑片向下滑动。闭合开关, 当秤台上小车的质量增大时,则( )
A.电压表的示数减小 B.电压表的示数增大 C.电流表的示数不变 D.电流表的示数增大
二、填空题
4.(2025·广西南宁·一模)如图所示的电路,电源电压可以调节。灯泡L1的规格是“2.5V,0.3A”,灯泡L2的规格是“6V,0.15A”,闭合开关使电源电压从零逐渐增加,先正常发光的灯泡是 ,此时通过另一灯泡的电流是 A。
5.(2025·广西柳州·模拟预测)抛绣球是壮族人民喜爱的民俗活动之一,小妤设计了一个自动记录绣球过圈数量的计数器,其简化电路如图甲所示。其中是光敏电阻,当绣球挡住了射向的红外线时,的电阻会变小为20Ω,间电压变大,这时自动计数器计数一次。已知是定值电阻,电源电压恒为12V,当绣球穿过球圈时,间的电压随时间变化的图像如图乙所示,则的阻值为 Ω;当没有绣球通过球圈,红外线正常照射时,电路总电流 A。
三、实验题
6.(2025·广西桂林·二模)图甲是汽车倒车报警装置的简化电路图,电源电压为,为距离传感器,其阻值随传感器到障碍物的距离的变化关系如图乙所示,、间可接入与,匹配的定值电阻来调节报警距离,如图丙所示。当电路中电流达到一定值时报警。
(1)利用图丙所示的电路测量阻值,实验原理是 (填公式);
(2)连接电路时,开关应处于 状态,闭合开关前调节滑动变阻器的滑片,使电路中的 在开始测量时最小;
(3)如图丙所示,闭合开关,发现电流表无示数,电压表指针明显偏转,故障可能是 ;
(4)排除故障后,将滑动变阻器的滑片移到某一位置时,电压表示数如图丁所示,电流表示数为,则的阻值为 ;按同样的方法测出了另外几个定值电阻的阻值分别为30Ω、40Ω、60Ω;
(5)当、间接入的电阻,传感器到障碍物距离为时,报警器开始报警,报警电流为 A;
(6)若要使电路能在传感器到障碍物距离大于时报警器开始报警。请写出一种可行的方法: 。
7.(2025·广西南宁·三模)如图所示是小明和小刚探究电流与电阻关系的电路,电源由3节新干电池组成,实验中定值电阻的阻值分别为、、、。
实验次序
1
2
3
4
电阻
5
10
15
20
电流表示数
0.6
0.3
0.2
0.16
(1)连接电路时开关应 ;闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到 (选填“A”或“B”)端;
(2)正确连接电路,小明发现,闭合开关,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,电流表示数均为零,电压表示数接近电源电压,经检查线路连接没有问题,则故障原因可能是定值电阻 ;
(3)在实验过程中将电阻更换成电阻后立即闭合开关,发现电压表示数变 (选填“大”或“小”),接下来应将滑动变阻器的滑片向 (选填“左”或“右”)移,直至电压表示数为,并记下此时电流表的示数;
(4)多次实验后,实验数据如表所示。分析表格数据可知,在误差范围内,导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成 比;
(5)小刚用同样的装置重做实验,他控制定值电阻两端电压为不变并顺利完成实验。之后他想用额定电压为的小灯泡替换定值电阻来测量小灯泡的额定功率,已知小灯泡的额定电流在和之间,你认为原来的电路及器材能满足测量要求吗?并说明理由。
8.(2025·广西梧州·二模)某兴趣小组利用以下器材进行一些电学实验。器材有:干电池3节(电源电压略小于4.5V),滑动变阻器3个(铭牌上分别标有“5Ω 3A”、“20Ω 2A”、“50Ω1.5A”字样),电流表、电压表、开关各一个,电阻(10Ω)、电阻(20Ω)、电阻(30Ω)各一个,导线若干。
(1)探究电流大小与电压的关系
①实验前在检查仪器时,发现电流表指针如图甲所示,则接下来的操作是 ;
②用笔画线替代导线将图乙电路连接完整;
③闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移至 (选填“A”或“B”)端;电压表示数为0.7V,电流表示数为0.07A。移动滑片P,逐步增大R两端电压,记录电压表的示数U和对应的电流表的示数I,并画出图像,如图丙所示;依据图像,得到的结论是 ;根据实验的数据,应选用铭牌上标有 字样的滑动变阻器的,电源电压为 V;
(2)设计声音强弱的等级检测装置电路图,请根据提供的器材和要求画在方框内。如图丁为声敏电阻(R)的阻值随声音强弱的等级(单位:dB)变化关系的图像。
①提供的器材:声敏电阻(R)、保护电阻()、电压表、电源(电池)、导线。
②要求:周围环境声音强弱的等级越大,电压表的示数越大,将电压表改装成声音强弱的等级检测装置。
9.(2025·广西河池·二模)在“伏安法测小灯泡电阻”的实验中,小强设计了如图甲所示的电路来测量正常工作电压为小灯泡的电阻,电源电压恒为,滑动变阻器向左移动时灯泡变亮。
(1)请用笔画线代替导线将图甲连接完整。
(2)连接线路时,开关应 (选填“断开”或“闭合”)。
(3)实验中某时刻电压表示数为,为使小灯泡正常发光,应将滑动变阻器的滑片向 (选填“A”或“B”)端移动,直到电压表示数为 V。
(4)小强还测量了小灯泡在不同电压下的电流,并根据所测得的数据绘制了小灯泡的电流与电压的关系图像,如图乙所示,小灯泡正常发光的电阻为 。
(5)实验完成后,小强发现了电学实验盒里有一个发光二极管。他想研究一下发光二极管和小灯泡串联在同一个电路中,哪个会更亮一些。小强按照丙图的电路图接好电路,闭合开关,发现二极管发光,但看不到小灯泡发光。小强根据所学到的电学知识进行了如下的猜想:①小灯泡短路了②小灯泡的实际功率太小了。在保证电路安全的情况下,他拿一根导线进行了实验来验证自己的猜想。请帮他完成实验:小强把导线接在了 (选填“小灯泡”或“二极管”)两端,发现电流表的示数改变了,则验证了猜想 (选填“①”或“②”)是正确的。
10.(2025·广西南宁·二模)学校“水培种植屋”的蔬菜适宜生长温度在10~30℃之间,某学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路,电阻箱是可以调节并显示阻值的变阻器。
(1)利用如图甲、乙所示电路探究热敏电阻阻值随环境温度变化的规律:
①接电路的过程中,应将开关 ,将电阻箱的阻值调至 处,起到保护电路的作用。
②将热敏电阻置于0℃的环境中,闭合S1、断开S2,记录电流表示数为,然后 。描述开关状态),调节电阻箱直至电流表示数为,此时 。
③将热敏电阻置于不同温度的环境中,重复步骤②的操作,测得的数据如表所示。分析数据可得:热敏电阻的阻值随温度的升高而 。
温度
0
10
20
30
40
电阻箱
2800
1800
1200
800
600
(2)根据上述探究结果,设计报警电路。实验器材:电源(恒为)、热敏电阻、电阻箱、数字电压表报警)、数字电流表时报警)、开关一个、导线若干。设计要求:小屋温度或时都有一个电表报警。
(3)图是学习小组设计的报警电路图,但它不能完全满足要求,请你根据设计要求将电路图补画完整。
(4)设计的电路中,电阻箱应调为 。
11.(2025·广西南宁·二模)在“测量小灯泡正常发光时的电阻”的实验中,待测小灯泡标有“2.5V”字样,电源电压为6V且保持不变:
(1)请用笔画线代替导线将图甲所示的电路连接完整;
(2)在连接实物电路的过程中,开关必须 ;
(3)连接好电路后,将滑片P移至最大阻值处再进行试触,发现小灯泡不发光,电流表无示数,电压表指针偏转角度太大,则原因可能是______(填选项);
A.小灯泡短路 B.小灯泡断路 C.滑动变阻器断路
(4)排除故障后,闭合开关,电压表的示数如图乙所示,为了完成实验,应将图甲中的滑片P向 (选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为2.5V;
(5)根据实验记录的数据绘制成如图丙所示的图像,分析图像可知:①小灯泡正常发光时的电阻为 Ω;②小灯泡的电阻随温度升高而 (选填“增大”或“减小”);
(6)受到上述实验的启发,为测量高温物体的温度,某同学将图甲电路改装成一个简易的温度传感器。思路如下:将图甲中的小灯泡换成与灯丝同种材料的电阻丝,选择图甲中的一个电表改装为温度显示仪。请你分析:应将图甲中的 表改装为温度显示仪。
12.(2025·广西河池·模拟预测)学校“水培种植小屋”的蔬菜适宜生长的温度在10~30℃之间,某学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路,电阻箱是可以调节并显示阻值的变阻器。
(1)利用图甲所示电路探究热敏电阻Rt阻值随环境温度t变化的规律;
①根据图甲,用笔画线表示导线,将图乙中的实物电路连接完整;
②连接电路的过程中,应将开关 ;将电阻箱的阻值调至最大,起到 的作用;
③将热敏电阻置于0℃的环境中,闭合S1,断开S2,记录电流表示数I0,然后 (描述开关状态),调节电阻箱R0直至电流表示数为I0,此时R1=R0;
④将热敏电阻R1置于不同温度的环境中,重复步骤③,测得的数据如表:
温度t/℃
0
10
20
30
40
阻值Rt/Ω
3800
2400
1300
800
600
分析数据可得:热敏电阻的阻值随温度的升高而 ;
(2)根据上述探究结果,设计报警电路。
实验器材:电源(恒为12V)、热敏电阻R1、电阻箱R0(0∼9999Ω)、数字电压表(U≥7.2V时报警)、数字电流表(I≥5mA时报警)、开关一个、导线若干。设计要求:小屋温度t≥30℃或t≤10℃时都有一个电表报警。
①虚线框中的电路图是学习小组设计的报警电路,但它不能完全满足要求,请你根据设计要求将电路图补画完整;
②设计的电路中,电阻箱R0应调为 Ω,当温度降低到10℃时电路报警,此时电流表的示数为 mA。
13.(2025·广西来宾·一模)小明在“探究电流与电阻的关系”实验中,使用的器材有:电源(电压)、定值电阻(、、、、)、滑动变阻器()、电流表、电压表、开关及导线若干。
(1)连接电路时,开关应 ;小明连接的电路如图甲所示,请你指出该电路存在的问题是: ;
(2)排除故障后,闭合开关前应将滑动变阻器滑片移至 处;当接入定值电阻时,调节滑动变阻器的滑片到某位置,电压表的示数如图乙所示,并记录此时电压表和电流表的示数。依次更换定值电阻进行实验,当接入电阻时,调节滑动变阻器的滑片,使电压表示数保持 V不变;
(3)若实验过程中,电源电压保持不变,当接入电阻时,调节滑动变阻器的滑片, (选填“能”或“不能”)保持电压表示数不变;
(4)多次实验后,小明得出结论:导体两端电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻 ;
(5)小秋用一个的定值电阻换走了小明的电阻,若小明仍想保持电压表示数与之前实验时相同,可以采取的措施是: 。
14.(2025·广西柳州·二模)同学们测量定值电阻的阻值。滑动变阻器的最大阻值为。
(1)实验电路如图甲,电压表的上端为其 (选填“正”或“负”)接线柱。改变滑动变阻器滑片的位置,记录多组电压、电流值,其中某次电流表指针位置如图乙,则电流值为 A。图丙是根据数据画出的电流-电压图象,由此可得出的阻值与其两端电压大小 (选填“有关”或“无关”);
(2)某小组很快完成实验,老师取走电压表,要求他们测量的阻值(不进行多次测量)。小组设计的电路图如图丁,实物连接如图戊,其中一根导线连接错误,该导线是 (选填“a”“b”“c”“d”或“e”);
(3)正确连接电路后,操作如下(电流表量程满足需要):
①将滑动变阻器的滑片置于 (选填“左”或“右”)端,闭合、,记录电流表示数;
② ,记录电流表示数;
③计算的表达式 (用题中符号表示)。
15.(2025·广西南宁·一模)小明同学用伏安法测量定值电阻的阻值,实验电路如图甲所示。
(1)该实验的原理是 ;
(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应移至 端(选填“a”或“b”);小明按图甲方式连接好电路,闭合开关后,发现电流表的指针向左偏转,其原因是: ;
(3)闭合开关,发现电流表无示数,但电压表有示数且接近电源电压,则可能的电路故障是Rx (选填“短路”或“断路”);
(4)调整后,小明同学重新按图甲所示的实验电路进行实验,某次实验中电压表示数如图乙所示,电流表的示数如图丙所示,则被测电阻Rx= Ω;
(5)利用图甲电路,小明又探究了电流与电阻的关系,在上述器材的基础上小明增加了定值电阻(10Ω、15Ω、20Ω各一个),其中电源电压为4.5V,图丁是实验中电流随电阻变化关系的图像,分析图像可知,实验中定值电阻两端电压保持 V不变;为了完成实验,所选滑动变阻器的最大阻值应不小于 Ω。
16.(2025·广西·模拟预测)在测量未知电阻阻值的实验中,小明设计并连接了如图甲所示的实验电路。
(1)小明在连接电路的过程中,开关必须处于 状态。闭合开关之前将滑动变阻器的滑片调到最 (选填“左”或“右”)端。
(2)请用笔画线代替导线将如图甲所示的电路连接完整。
(3)闭合开关,发现电流表无示数,电压表的示数接近电源电压,则电路故障可能是 (选填“断路”或“短路”)。
(4)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P, 当电流表示数为时,电压表示数如图乙所示,则其示数为 , 未知电阻 。
(5)若实验中只有一个电压表和一个已知阻值为的定值电阻,小明设计了如图丙所示的电路,同样可以测量未知电阻的阻值,请将实验步骤补充完整:
①闭合开关, 断开开关, 用电压表测出待测电阻两端的电压为;
②闭合开关S、S1, 记下此时电压表读数为;
③请写出未知电阻阻值的表达式: (用和表示)。
四、计算题
17.(2025·广西南宁·一模)物理兴趣小组设计了如图甲所示的湖水水位监测报警装置。电源电压恒定不变,定值电阻R0=30Ω;厚度均匀的长条形电阻片R竖直放置,浮子可带动金属滑杆AP即滑动变阻器滑片竖直上下移动。当电流表的示数达到设定数值时,表示水位达到警戒水位,装置发出报警信号。闭合开关,滑杆AP位于电阻片底端B点时,电压表示数为6V,电流表示数为0.1A。
水位高度h/cm
10
15
20
30
电流I/A
0.1
0.12
0.15
0.3
(1)求滑动变阻器的最大阻值。
(2)求电源电压。
(3)浮子带动滑杆AP从底端B点上移到顶端C点的过程中,记录下几组水位和对应的电流表示数如表所示,当电流表的示数为0.25A时,水位达到警戒值,求警戒水位高度。
18.(2025·广西河池·模拟预测)某物理实践小组设计了一种工程上的压力测量装置,其原理如图甲所示。电路中电源电压恒为5V,定值电阻R0的阻值为30Ω,电压表的量程为0~3V,轻质绝缘的压力检测板M与可变电阻R相连,R的阻值与压力F的关系如图乙所示。闭合开关S后,试问:
(1)检测板不受压力时,电路中的电流为多少?此时电压表的示数为多少?
(2)该装置所能测量的最大压力为多少?
(3)在不改变电源电压和电压表量程的情况下,若要提高该装置所能测量的最大压力值,请写出一种简便可行的办法。
19.(2025·广西来宾·一模)学校开展了防溺水安全教育后,科技小组的同学设计了一种防溺水装置,其简化电路如图甲所示。已知电源电压恒定,定值电阻R0的阻值为20Ω,RP是压敏电阻,图乙是压敏电阻阻值RP随水深h变化的图像。该装置未浸入水中时,电流表示数是0.1A;当浸入水下深度h大于等于2.5m时,装置中由电压表改装而成的报警器开始报警。求:
(1)该电路的电源电压;
(2)报警器刚开始报警时,RP两端的电压;
(3)为了防溺水的需要,如果把报警水位调整到1m,请你写出一种可行的方案,并结合计算进行说明。
20.(2025·广西南宁·一模)图甲是某物理兴趣小组设计的简易“坐位体前屈”测试仪,其简化原理如图乙。测试者向前水平推动测试仪的滑块(相当于向右移动图乙中滑动变阻器的滑片P),电压表的示数U1可反映测试者的成绩L(如表)。电源的电压U恒为6V,滑动变阻器R1标有“30Ω,1A”的字样,定值电阻R2=20Ω,电压表的量程为0~3V,电流表的量程为0~0.6A,闭合开关S;
成绩L/cm
10
20
30
电压表示数U1/V
1
2
3
(1)当测试者的成绩L为10cm时,定值电阻R2的电压U2;
(2)当滑动变阻器连入电路的阻值R1=10Ω时,测试者的成绩L;
(3)在保证电路元件安全的情况下,电路的最小电流。
21.(2025·广西·一模)如图甲是用热敏电阻测量环境温度的电路,电源电压恒为5V,电路中电流表的量程为0~0.02A,滑动变阻器R的铭牌上标有“150Ω 0.3A”字样,Rt为热敏电阻,其阻值随环境温度变化关系如图乙所示。求:
(1)将此电路放入温度为20℃的环境中,闭合开关,调节滑片P至某一位置,此时电流表的读数为0.01A,求此时滑动变阻器接入电路的阻值;
(2)若滑片位置不动,求该电路能测量的最高环境温度;
(3)为了提高电路测量的最高环境温度,请写出一种可行方案,并进行说明。
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