专题五 伏安法测电阻及小灯泡电阻 讲义 ----2025-2026学年苏科版物理九年级上学期
2025-10-24
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内容正文:
专题五 伏安法测电阻及小灯泡电阻
学习目标及重难分析
学习目标
重难点解读
1. 掌握电流跟电压的关系及电流跟电阻的关系;
2. 知道欧姆定律的内容、公式及相关的物理量的单位;
3. 理解欧姆定律的图像;
4. 利用欧姆定律变形公式解答问题;利用欧姆定律解决串并联电路的问题
1.伏安法测电阻及小灯泡电阻
知识点梳理
1、 伏安法测导体电阻
1. 实验原理:R=
2. 实验器材:电源、开关、导线、导体、电流表、电压表、滑动变阻器。
3. 实验电路:
4. 实验步骤:
1 断开开关,按电路图连接实物电路。
2 闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,使电压表的示数分别为U1、U2、U3,读取并记录对应的电流I1、I2、I3填入表格中。
3 计算每一次的电阻值R1、R2、R3,并求出它们的平均值R=(R1+R2+R3)/3记入表格中
4 实验结束后,整理好实验器材。
5. 实验表格:
次数
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
平均值R/Ω
1
2
3
注意:1. 测量定值电阻阻值时要多次测量求平均值,从而减小误差;因为其温度变化较小,对阻值影响很小。
2.滑动变阻器的作用:①保护电路;②改变导体两端的电压,使其成倍数地增加;③多次测量求平均值。
2、 伏安法测小灯泡电阻
1. 实验原理:R=
2. 实验器材:电源、开关、导线、小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器。
3. 实验电路:
4. 实验步骤:
1 断开开关,按电路图连接实物电路。
2 检查无误后闭合开关,移动滑片让灯发光正常,发光较暗,发光较强,读取电流表和电压表的示数分别为U1、U2、U3,I1、I2、I3,并记录入表格中。
3 分别计算出灯泡在不同电压下发光时的电阻R1、R2、R3记入表格,并分析其电阻不同的原因。
4 实验结束,整理实验器材。
5. 实验表格:
实验次数
灯泡亮度
电压U/V
电流I/A
电阻R /Ω
1
发光强
2
发光正常
3
发光较暗
注意:①器材的选取:电流表所选用量程满偏值要大于电路中的最大电流;滑动变阻器的最大阻值应略大于或接近小灯泡的电阻(效果更明显);②连接电路时:按照电压表、电流表、滑动变阻器的使用规则,将它们正确地连入电路,在连接的过程中,开关要断开;③进行实验时:闭合开关前,要把滑动变阻器的滑片调到最大阻值处,是电路中的电流最小,以保证电路中灯泡、滑动变阻器、电压表、电流表等仪器的安全;④将每次测量的结果和小灯泡的发光情况记录下来,以便最后分析和总结;⑤测灯泡电阻时不可以求平均值,因为灯泡电阻随温度变化很大。小灯泡的灯丝电阻与温度有关,温度越高,电阻越大。
考点题型分类
一.伏安法测电阻及小灯泡电阻
题型速通
【伏安法测电阻及小灯泡电阻】(共10题)
一.实验探究题(共10小题)
1.(2025•镇江)小华在实验室中测量铅笔芯的电阻大小。测量电路如图1所示,电源电压为4.5V。
(1)闭合开关前,图1中的滑动变阻器滑片应置于最 右 端。
(2)请按照图1的电路图将图2的实物图连接完整。
(3)将滑动变阻器滑片从初始位置移动到另一端,逐次记录电压表示数U和电流表示数I,完成后作出U﹣I图像,如图3所示,由图可知,铅笔芯的阻值为 5 Ω,滑动变阻器的最大阻值为 10 Ω。
(4)小华想用实验室一只刻度线清晰,但所标数字模糊不清的电流表A1,制作一个可直接测定电阻的仪器,他设计的电路如图4所示,电路中电源电压U1恒定且未知,操作如下。
①在a、b接线柱间接入导线,闭合开关,移动滑动变阻器滑片,直到电流表指针指到最大刻度;
②保持滑片位置不变,ab间改接入10Ω的定值电阻,此时电流表指针偏转到最大刻度的处;
③取下ab间的定值电阻,接入待测电阻,电流表指针偏转到最大刻度的处,可知待测电阻的大小为 15 Ω;
④在电流表表盘刻度线处标相应的电阻值,则电阻值分布是 不均匀 (选填“均匀”或“不均匀”)的。
【解答】解:(1)为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器的电阻必须最大,图1中的滑动变阻器滑片左下接入电路,故应置于最右端;
(2)据电路图连接电路,如图所示:
(3)图像是直线,说明电阻不变,当U=4V,I=0.8A,则电阻R5Ω;
当电流最小时为0.3A,电阻的电压为1.5V,滑动变阻器的电压为U''=U﹣U'=4.5V﹣1.5V=3V;
滑动变阻器的最大阻值为R'10Ω;
(4)①在a、b接线柱间接入导线,闭合开关,移动滑动变阻器滑片,直到电流表指针指到最大刻度,假设为I,则电源电压U=IR;
②保持滑片位置不变,ab间改接入10Ω的定值电阻,此时电流表指针偏转到最大刻度的处,则电源电压UI(R+10Ω);③取下ab间的定值电阻,接入待测电阻,电流表指针偏转到最大刻度的处,则电源电压UI(R+Rx);解得Rx=15Ω,R=5Ω;④在电流表表盘刻度线处标相应的电阻值,根据电源电压U=I'(R+Rx)=I'(5Ω+Rx);
Rx5Ω,是反比例函数关系,不是一次函数,故刻度不均匀。
故答案为:(1)右;
(2)
(3)5;10;
(4)15;不均匀。
2.(2025•盐城校级二模)如图是用电流表和电压表测量定值电阻R阻值的实物电路图:
(1)连接电路时,小鹿将实物连接成如图甲所示电路,其中有一处连线错误,请你在连接错误的导线上面“×”并改正;
(2)正确连接后,闭合开关,发现电流表指针反偏,其原因是 电流表的正负接线柱接反了 ;
(3)排除故障后,闭合开关S,移动变阻器的滑片P至某一位置,此时电压表示数为2V,电流表示数如图乙,则定值电阻R的阻值为 10 Ω;
(4)小鸣将电阻替换为额定电压为2.5V的小灯泡,将所测数据绘制成如图丙所示的U﹣I图象。由图可知:小灯泡的电阻是变化的,主要是因为小灯泡灯丝的 温度随电流变化而改变 。实验后,更换不同规格的小灯泡重复上述实验,下列多次实验的目的与其相同的是 A 。
A.“研究并联电路电流规律”时换用不同规格的小灯泡多测几组电流值
B.“伏安法测量定值电阻”时测量定值电阻的多组电压和电流值
【解答】解:(1)原电路中电压表测量的是定值电阻和滑动变阻器的总电压,应改为只测量定值电阻两端的电压,如图所示:
(2)电流表指针反偏说明这是电流表正负接线柱接反导致的。
(3)根据欧姆定律,当电压表示数为2V,电流表示数为0.2A时,定值电阻阻值为
(4)小灯泡电阻变化主要是因为灯丝温度随电流变化而改变,温度越高电阻越大。这是金属导体的普遍特性。
更换不同规格小灯泡进行多次实验的目的是寻找普遍规律,与研究并联电路电流规律时换用不同灯泡的目的相同;“伏安法测量定值电阻”时多次测量是为了求平均值减小误差,目的不同。
故选A。
故答案为:(1);
(2)电流表的正负接线柱接反了;
(3)10;
(4)温度随电流变化而改变;A。
3.(2025•常州)小组同学测量定值电阻R0的阻值。实验器材为:3节新干电池(每节电池的电压恒为1.5V)、开关S、定值电阻R0、电流表、电压表、滑动变阻器Rx、导线。
(1)请在图甲中以笔画线完成电路连接。要求:①电流表、电压表均使用大量程(测量时再选择合适的量程);②闭合开关S前,滑动变阻器的滑片P处于B端。
(2)闭合开关S,发现电流表有示数、电压表无示数,电路故障可能是 R0处短路 。
(3)排除电路故障,移动滑动变阻器的滑片P,测得多组数据。进行实验①时,电压表的示数如图乙所示,请将表格填写完整。
实验序号
①
②
③
U0/V
1.6
2.8
4.5
I0/A
0.1
0.2
0.3
R0/Ω
16
14
15
R0的平均值/Ω
15
(4)用该定值电阻R0、额定电压为5V的灯泡L连接电路如图丙所示,灯泡的I﹣U关系图像如图丁所示。闭合开关S,灯泡的实际功率为其额定功率的,则电源电压为 10.5 V。
【解答】解:(1)电流表串联在电路中,电压表并联在电路中,以及滑动变阻器的最大值,闭合开关S前,滑动变阻器的滑片P处于B端,故连接实物图如下图:
;
(2)电流表有示数,说明电路不是断路,电压表无示数,可能是与电压表并联的支路短路了,因此故障可能是R0短路;
(3)由图乙可知,电压表的量程为0~3V,分度值为0.1A,示数为1.6V,由欧姆定律求出定值电阻阻值R016Ω;
R0的平均值15Ω;
(4)灯泡的I﹣U关系图像如图丁所示,灯泡的额定电压为5V,额定电流为0.6A,额定功率P=UI=5V×0.6A=3W;
闭合开关S,灯泡的实际功率P′P=1.5W;
分析图丁可知,为电压3V,电流0.5A对应的位置;
电源电压U=I×R0+U灯=0.5A×15Ω+3V=10.5V。
故答案为:(1);
(2)R0短路;
(3)1.6;16;15;
(4)10.5。
4.(2025•宿迁)在“测量定值电阻的阻值”实验中,某学习小组用如图甲所示的器材进行实验。
(1)在图甲中,请用笔画线代替导线将电路补充完整,要求滑动变阻器接入电路阻值最大。
(2)该实验的原理是 R 。
(3)闭合开关,电流表无示数、电压表有示数,则发生的故障是 定值电阻Rx断路 。
(4)某小组实验数据如表所示,则该电阻值是 10.1 Ω(结果保留1位小数);接着,换用不同阻值的电阻继续实验,画出a、b电阻的I﹣U图像如图乙,则其中 b (选填“a”或“b”)阻值更大。
实验
U/V
I/A
1
1.0
0.10
2
2.0
0.20
3
2.5
0.24
【解答】解:(1)据题意可知,滑动变阻器滑片P置于左端时,变阻器接入电路的阻值要最大,故滑动变阻器下面应接右边的接线柱,如图所示:;
(2)物理实验室中无直接测量电阻的工具,需要利用电压表测量电压,电流表测量电流,结合R得出未知电阻的阻值,因此测量电阻的实验原理是R;
(2)为了电路安全,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移至最左端;电流表示数为零,说明电路可能断路,但电压表指针明显偏转,且示数接近电源电压,电压表两端到电压通路,若电路连接完好,可知定值电阻Rx断路;
(3)图乙中,电流表的量程0﹣0.6A、分度值是0.02A,电流表示数是0.5A;
实验次数1待测电阻阻值Rx110Ω;
实验次数2待测电阻阻值Rx210Ω;
实验次数3待测电阻阻值Rx310.4Ω,为减小误差,待测电阻的阻值取三次电阻的平均值Rx=10.1Ω;
由欧姆定律知在电流相同时,电压大的电阻大,所以b的电阻大于a的电阻,故b的阻值更大。
故答案为:(1);(2)R;(3)定值电阻Rx断路;(4)10.1;b。
5.(2025•靖江市校级三模)小艾同学在学校用伏安法测电阻的阻值,所用的电路图如图甲所示,已知电源由两节新干电池供电,滑动变阻器规格为“50Ω,1A”。
(1)在图甲中完成电路连接,要求导线不要交叉,滑片向右移动时能使电源的输出功率变小;
(2)小艾闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片P时,发现电流表无示数,电压表有示数,初步检查确认,电路接线完好,两个电表均无故障,则发生故障的元件应是 B (填字母);
A.滑动变阻器断路
B.定值电阻R断路
C.开关断路
(3)排除故障后,小艾同学正常进行实验并将实验数据记录在表中。若第2次测量时电流表示数如图乙所示为 0.18 A,根据三次实验数据可得定值电阻R= 10.1 Ω;
实验次数
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
1
1.5
0.16
9.4
2
1.8
3
2.4
0.22
10.9
(4)接着小艾同学准备用以上实验器材测量另一只几千欧的电阻,小艺同学觉得不妥,不能直接用伏安法测量电阻,原因是 电路中的电流特别小,小于电流表的分度值,电流表无法读出电路中的电流 ;
(5)小艺取来了一只阻值为8Ω的定值电阻,但是把阻值标记用胶条粘贴了,请同学们帮她测量出电阻的阻值。小华同学说不用电流表也能测出该定值电阻的阻值,于是他用4.5V的稳压电源,设计了如图丙所示的电路,R1是电阻箱(0~999.9Ω),可直接显示连入阻值大小。操作步骤如下:
①将单刀双掷开关S1拨至a位置,闭合开关S;
②移动滑动变阻器滑片,使电压表的示数为1.5V;
③滑片位置不变,将开关S1拨至b位置,调节电阻箱,使电压表的示数等于1.5V;
④读出电阻箱的示数,就能得出Rx的阻值;
测量结束,小艺公布了电阻的值,小华同学发现自己的测量结果比真实值大了10Ω,经分析发现,连接电路时,不小心把电压表接到了滑动变阻器两端,而且在步骤②结束后另一位同组的同学移动了滑动变阻器的滑片。请通过数据分析,帮小华推算,移动滑动变阻器的滑片导致接入电路的阻值变化了 5 Ω。
【解答】解:(1)由题知,滑片向右移动时能使电源的输出功率变小,电源电压不变,根据P=UI可知,电路中的电流变小,滑动变阻器连入的电阻变大,需将左下方接线柱接入电路,滑动变阻器与定值电阻串联,电压表并联在定值电阻两端,所以用一根导线一端连接滑动变阻器的左下方接线柱,另外一端连接定值电阻R的左接线柱,如图所示:
(2)移动滑动变阻器的滑片P时,电流表无示数,说明电路中存在断路,电压表有示数,说明电压表两接线柱与电源正负极是连通的,只能是与电压表并联的定值电阻R断路,故B符合题意、AC不符合题意。
故选B。
(3)第2次测量时,如图乙,电流表示数选择小量程,分度值为0.02A,示数为0.18A。
第2次实验,小灯泡的电阻:R210Ω,
根据三次实验数据,取平均值可得定值电阻:
;
(4)若测量另一只几千欧的电阻,该电阻的阻值太大了,电路中的电流较小,小于电流表的分度值,电流表无法读出电路中的电流;
(5)当单刀双掷开关S1拨至a位置,闭合开关S,待测电阻与滑动变阻器串联,电压表测量滑动变阻器两端的电压,则待测电阻两端的电压为Ux=U﹣U滑=4.5V﹣1.5V=3V,
待测电阻的阻值与滑动变阻器接入的阻值之比为:
,
此时滑动变阻器接入的阻值为:
;
当开关S1拨至b位置,电阻箱与滑动变阻器串联,滑动变阻器两端的电压仍然为1.5V,则电阻箱两端的电压仍然为3V,则电阻箱的阻值与滑动变阻器接入的阻值之比为:,由自己的测量结果比真实值大了10Ω可知,电阻箱此时接入的阻值为18Ω,则此时滑动变阻器接入的阻值为:
移动滑动变阻器的滑片导致接入电路的阻值变化了ΔR滑=R滑′﹣R滑=9Ω﹣4Ω=5Ω。
故答案为:(1)见解答图;
(2)B;
(3)0.18;10.1;
(4)电路中的电流特别小,小于电流表的分度值,电流表无法读出电路中的电流;
(5)5。
6.(2025•南京)现想测量两个小灯泡L1、L2正常发光时的电阻。
(1)图甲是用“伏安法”测量L1(U额=2.5V)正常发光时电阻的实物电路。
①用笔画线代替导线,将图甲电路连接完整(导线不允许交叉);
②闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表指针几乎不动,电压表指针明显偏转,故障原因可能是小灯泡 断路 (选填“断路”或“短路”);
③排除故障后,闭合开关,移动滑片,当电压表示数为2.5V时,电流表示数如图乙所示,则小灯泡正常发光时的电阻为 8.3 Ω(精确到0.1)。
(2)为了测量额定电流为I0的小灯泡L2正常发光时的电阻,小明和小华设计了图丙所示的电路,定值电阻的阻值为R0,电源电压恒为U。(I0、R0、U已知,且满足测量要求)
①将滑动变阻器R的滑片移至阻值最大端;
②闭合S、S1,断开S2,调节滑片P,使电压表示数为 U﹣I0R0 时,小灯泡正常发光;
③共同完成上述操作后,小明和小华分别只进行了以下一步操作。
小明:保持滑片不动,断开S1,闭合S、S2,读出电压表的示数。
小华:保持滑片不动,闭合S、S1、S2,读出电压表的示数。
综合以上信息,对小明、小华的方案能否测量出小灯泡正常发光时的电阻进行评价 C (填字母)。
A.只有小明的方案可行
B.只有小华的方案可行
C.两人的方案都可行
D.两人的方案都不可行
【解答】解:(1)①伏安法测小灯泡正常发光时的电阻,电压表并联在小灯泡两端测电压,电流表串联在电路中测电流,且两表都要使电流从正接线柱流入,负接线柱流出,如图所示;
②闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表指针几乎不动,电路中出现断路,电压表指针明显偏转,故障原因可能是小灯泡断路;
③电流表的量程0~0.6A,分度值为0.02A,电流为I=0.3A,电阻为:R;
(2)闭合S、S1,断开S2,小灯泡、滑动变阻器和定值电阻R0串联;小灯泡正常发光时,电路中的电流为I0,因此调节滑动变阻器滑片P使电压表的示数为:U1=U﹣I0R0;
①小明:保持滑片不动,断开S1,闭合S、S2,电压表测滑动变阻器两端的电压U2。
小灯泡正常发光时的电压为:UL=U1﹣U2=U﹣I0R0﹣U2,
小灯泡正常发光时的电阻为:,小明的方案可行;
②小华:保持滑片不动,闭合S、S1、S2,读出电压表的示数U3。此时小灯泡被短路,电路由滑动变阻器和定值电阻R0串联;
定值电阻R0两端的电压为:U0=U﹣U3;
通过定值电阻R0电流为:;
串联电路各处电流相等:I;
滑动变阻器现在的阻值为:RP;
当闭合S、S1,断开S2,小灯泡、滑动变阻器和定值电阻R0串联时,电压表的示数为U1=U﹣I0R0;电路中的电流为I0;
滑动变阻器两端的电压为:UP
小灯泡正常发光时的电阻为:,小华的方案可行;
故选:C。
故答案为:(1)如图所示;断路;8.3;(2)U﹣I0R0;C。
7.(2024秋•锡山区校级月考)小方利用如图甲所示的电路“测量小灯泡电阻”,其电源电压为4.5V,小灯泡L的额定电流为0.25A,滑动变阻器铭牌为“30Ω 2A”。
(1)请你用笔画线代替导线将图甲中的实物电路连接完整(要求:向左移动滑动变阻器滑片P时,电路中电流变大,且导线不能交叉);
(2)闭合开关后,小方发现小灯泡不发光,电流表示数几乎为零,电压表示数接近4.5V,则电路故障可能是 小灯泡断路 ;
(3)排除故障后,缓慢移动滑片P,当电流表示数为0.25A时,小灯泡正常发光,电压表示数如图乙所示,为 2.5 V,此时小灯泡的电阻是 10 Ω;
(4)多次改变小灯泡两端的电压,测出其对应的电流后,小方描绘了如图丙所示的I﹣U图像,分析图像可知小灯泡的电阻非定值,这是因为灯丝的电阻受 温度 的影响;
(5)完成上述实验后,小方找来一个最大阻值未知的滑动变阻器a,设计了如图丁所示的电路,设想不用电流表也能测量出上述小灯泡L正常发光时的电阻。已知电源电压为U,滑动变阻器b的最大阻值为R1,请你将操作步骤补充完整并写出小灯泡正常发光时电阻的表达式:
①只闭合S和S1,调节滑动变阻器b的滑片,使小灯泡L正常发光;
②只闭合S和S2,保持滑动变阻器b的滑片位置不动,调节滑动变阻器a的滑片,使电压表的示数与第①步时 相同 (选填“相同”或“不同”);
③只闭合S和S2,保持滑动变阻器a的滑片位置不动,将 滑动变阻器b的滑片调至最右端 ,记录电压表的示数U1;
④小灯泡正常发光时的电阻RL= 。(用符号U、R1、U1表示)
【解答】解:(1)向左移动滑动变阻器滑片P时,电路中电流变大,说明滑动变阻器连入电路的电阻变小,故滑动变阻器左下接线柱连入电路中,如图所示:
;
(2)闭合开关后,小明发现小灯泡不发光,电流表示数几乎为零,则串联电路可能断路,电压表示数接近4.5V,说明电压表接在电源两端,则电路的故障可能是与电压表并联的小灯泡断路。
(3)由图甲可知电压表选用小量程,由图乙可知电压表的分度值分度值为0.1V,示数为2.5V,由欧姆定律可知,小灯泡正常发光时的阻值:
R10Ω;
(4)因为灯丝的电阻随着温度的升高而增大,所以小灯泡的电阻不是一个定值。
(5)①只闭合S和S1,调节滑动变阻器b的滑片,使电压表的示数为2.5V,此时小灯泡两端的电压为额定电压,小灯泡正常发光。
②[1]只闭合S和S2,保持滑动变阻器b的滑片位置不动,调节滑动变阻器a的滑片,使电压表的示数与第①步时相同,此时滑动变阻器a两端的电压就是小灯泡两端的电压,滑动变阻器a连入电路的电阻就是小灯泡的电阻,这用到了等效替代法。
③[2]只闭合S和S2,保持滑动变阻器a的滑片位置不动,将滑动变阻器b的滑片调至最右端,此时滑动变阻器b的电阻最大,记录电压表的示数U1。
④[3]电源电压用U表示,将滑动变阻器b的滑片调至最右端时,滑动变阻器b两端的电压为U﹣U1,
电路的电流为;
此时滑动变阻器a接入电路的电阻为
;
所以小灯泡正常发光时的电阻为。
故答案为:(1)见解答;
(2)小灯泡断路;
(3)2.5;10;
(4)温度;
(5)相同;滑动变阻器b的滑片调至最右端 。
8.(2024秋•锡山区期末)如图甲所示,小熊想测量正常工作电压为2.5V小灯泡的电阻,电源电压为4.5V。
(1)测量小灯泡电阻的原理是 R (用公式表示);
(2)电路连接正确后,闭合开关,小熊发现电压表无示数,电流表有示数,产生这一现象的原因可能是 小灯泡短路 (选填“小灯泡短路”或“小灯泡断路”)。
(3)排除故障后,移动滑动变阻器的滑片,某时刻电压表示数为2.2V,为使小灯泡正常发光,应将滑动变阻器的滑片P向 左 (左/右)端移动,直到电压表示数为 2.5 V;
(4)小熊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 10 Ω。分析图象还可以发现,灯泡的电阻是变化的,其原因是 灯丝的电阻随温度的升高而增大 。
(5)同组的小查认为,只将图甲中的小灯泡替换为一个定值电阻,其他实验器材不变,还能够完成“探究电流与电阻的关系”实验,你认为小查的看法 错误 (选填“正确”或“错误”)。
【解答】解:(1)在测小灯泡的电阻实验中,用电压表测灯泡两端电压,用电流表测通过灯泡的电流,根据R求出灯泡的电阻,故测量小灯泡电阻的原理是R;
(2)电路连接正确后,闭合开关,小熊发现电流表有示数,说明电路是通路,电压表无示数,说明电压表并联的电路短路,即产生这一现象的原因可能是小灯泡短路;
(3)某时刻电压表示数为2.2V,小于灯泡额定电压2.5V,为使小灯泡正常发光,应增大灯泡两端电压,根据串联电路电压规律,应减小滑动变阻器两端电压,根据分压原理,应减小滑动变阻器接入电路的阻值,故应将滑动变阻器的滑片P向左端移动,直到电压表示数为2.5V;
(4)由图乙可知,当灯泡两端电压为2.5V时,通过灯泡的额定电流为0.25A,则小灯泡正常发光的电阻为:
R10Ω;
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,灯泡实际功率变大,温度升高,灯丝的电阻随温度的升高而增大;
(5)要“探究电流与电阻的关系”实验中应控制电阻两端的电压不变,改变电阻,多次实验,寻找普遍规律;只用一个电阻是无法完成实验的,需要多个定值电阻,故小查的看法是错误的。
故答案为:(1)R;(2)小灯泡短路;(3)左;2.5; (4)10;灯丝的电阻随温度的升高而增大;(5)错误。
9.(2025•镇江二模)小明用图1电路测量标有“2.5V”灯泡的电阻。
实验次数
1
2
3
电压U/V
1.0
1.5
2.5
电流I/A
0.15
0.17
0.20
灯泡电阻R/Ω
灯泡电阻R的平均值/Ω
(1)连接电路时应 断开 开关。小明正确完成三次实验,并将实验数据填入表格中。请指出表格设计的一处错误 求灯泡电阻R的平均值 。
(2)某次实验时,小明发现灯泡突然熄灭,两电表示数均为0。他将导线①的a端依次接到接线柱b、c、d、e上,仅接e时电压表才有示数。若电路仅一处故障,则是 滑动变阻器断路 。
(3)排除故障后继续实验。实验中为了增大灯泡两端电压,他应将滑片向 右 移。灯泡正常发光时的电阻为 12.5 Ω。
(4)小红用图2的电路测量Rx阻值。R为电阻箱,R0为定值电阻(阻值未知)。
①实验步骤如下:
第1步:将S接b,调节R和滑片P,记下电阻箱的值R1和电流表示数I;
第2步:将S接a,保持滑片P位置不变,调节R,使电流表示数仍为I,记下电阻箱的值R2;
则Rx= R2﹣R1 。(用物理量符号表示)
②对图2电路分析正确的是 ABD 。(本小题有多个选项正确)
A.将R0换成导线仍能完成实验
B.将滑动变阻器换成导线仍能完成实验
C.先将S接a一定能完成实验
D.电阻箱规格选择不当将无法完成实验
【解答】解:(1)为保护电路,连接电路时应断开开关。灯的电阻随温度的变化而变化,不是一个定值,小明正确完成三次实验,并将实验数据填入表格中。表格设计的一处错误求灯泡电阻R的平均值。
(2)某次实验时,小明发现灯泡突然熄灭,两电表示数均为0。他将导线①的a端依次接到接线柱b、c、d、e上,电压表没有示数,可知导线之外的电路有断路,仅接e时电压表才有示数,此时电路为通路,若电路仅一处故障,则是滑动变阻器断路。
(3)排除故障后继续实验。实验中为了增大灯泡两端电压,应减小变阻器的电压,由分压原理,减小变阻器的电阻,他应将滑片向右移。灯在额定电压2.5V时的电流为0.2A,灯泡正常发光时的电阻为
R12.5Ω。
(4)①实验步骤如下:
第1步:将S接b,待测电阻、电阻箱和定值电阻及变阻器串联,调节R和滑片P,记下电阻箱的值R1和电流表示数I;
第2步:将S接a,电阻箱和定值电阻及变阻器串联,保持滑片P位置不变,调节R,使电流表示数仍为I,记下电阻箱的值R2;
因电路的电流不变,由欧姆定律可知,两种情况下电路的电阻相等,故有
Rx+R1+R0+R滑=R2+R0+R滑
则Rx=R2﹣R1
②AB.将R0换成导线、将滑动变阻器换成导线仍能完成实验
R滑=R0=0;
根据Rx+R1+R0+R滑=R2+R0+R滑
可知将R0换成导线仍能完成实验、将滑动变阻器换成导线仍能完成实验
故AB正确;
C.先将S接a时,当电流表示数(较大)为一定时,再接b时,因电路的电阻变大,故不一定能使电路的电路保持不变,不一定能完成实验,故C错误;
D.根据Rx+R1+R0+R滑=R2+R0+R滑可知,若电阻箱的最小值不合适,即规格选择不当将无法完成实验,故D正确。
故选:ABD。
故答案为:(1)断开;求灯泡电阻R的平均值;(2)滑动变阻器断路;(3)右;12.5;(4)R2﹣R1;ABD。
10.(2025•涟水县模拟)小明和小华用电流表、电压表、滑动变阻器等,测量“2.5V”小灯泡在不同电压的电阻,设计并连接了如图甲所示电路,并进行如下操作:
(1)当小明准备闭合开关时,小华制止了他,因电路中存在一处问题 滑动变阻器的滑片没有移到阻值最大处 ;
(2)修正后,闭合开关,发现灯泡不亮,电流表和电压表均有较小的示数,接下来的操作应该是 移动滑动变阻器的滑片 ;
(3)当电压表示数为1V时,电流表示指针情况如图乙所示,示数为 0.24 A,继续调节滑动变阻器,将电压表和电流表示数填入表格中。记录表格存在的问题是 物理量没有单位 ;
次数
1
2
3
4
5
电压
1
1.5
2
2.5
3
电流
0.26
0.28
0.30
0.34
电阻
发光情况
很暗
较暗
稍暗
正常
特别亮
(4)根据表中的数据可以计算出灯泡正常发光时的电阻为 8.3 Ω(保留一位小数);
(5)接着将表格中的数据输入电脑excel中,生成了如图丙所示灯丝的电流与电压关系图象,发现灯丝的电流与电压不成正比,请你帮他们分析可能的原因是 灯丝的电阻随温度的升高而增大 。
(6)由于测完最后一组数据后,忘记断开开关,在绘制电流与电压关系图象时,发现灯泡熄灭了,灯泡内充满了白烟,此时电压表 有 示数(填“有”或“无”)。
(7)通过计算判断本实验选取的滑动变阻器的规格应为 A 。
A.10Ω 0.5A
B.5Ω 0.5A
C.10Ω 0.3A
D.5Ω 0.3A
【解答】解:(1)在闭合开关前,为了保护电路,滑动变阻器的滑片应移到阻值最大处。由图甲可知,滑动变阻器的滑片没有移到阻值最大处,这是电路存在的问题。
(2)闭合开关后,灯泡不亮,电流表和电压表均有较小的示数,说明电路是通路,但电流较小,灯泡的实际功率较小。接下来的操作应该是移动滑动变阻器的滑片,观察灯泡的发光情况,改变电路中的电流和电压,进行实验测量。
(3)由图乙可知,电流表选用的是0~0.6A量程,分度值为0.02A,其示数为0.24A;
记录表格中,物理量没有单位,这是存在的问题。
(4)灯泡正常发光时的电压U=2.5V,由表格可知此时电流I=0.30A,根据欧姆定律可知,灯泡正常发光时的电阻为。
(5)灯丝的电流与电压不成正比,是因为灯丝的电阻随温度的升高而增大。当灯丝两端电压变化时,通过的电流变化,灯丝的实际功率变化,温度变化,电阻也随之变化,所以电流与电压不成正比。
(6)灯泡熄灭,灯泡内充满白烟,说明灯泡灯丝烧断,此时电压表串联在电路中。因为电压表的内阻很大,所以电路中几乎没有电流,但电压表相当于测量电源电压,所以电压表有示数。
(7)电源由两节干电池组成,电源电压U=3V。当灯泡两端电压最小(UL=1V)时,滑动变阻器两端的电压U滑=U﹣UL=3V﹣1V=2V;
此时电路中的电流I=0.24A,根据欧姆定律可知,滑动变阻器接入电路的阻值为;
滑动变阻器的最大阻值应大于8.3Ω,且允许通过的电流应大于电路中的最大电流为0.34A,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选:A。
故答案为:(1)滑动变阻器的滑片没有移到阻值最大处;
(2)移动滑动变阻器的滑片;
(3)0.24;物理量没有单位;
(4)8.3;
(5)灯丝的电阻随温度的升高而增大;
(6)有;
(7)A。
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专题五 伏安法测电阻及小灯泡电阻
学习目标及重难分析
学习目标
重难点解读
1. 掌握电流跟电压的关系及电流跟电阻的关系;
2. 知道欧姆定律的内容、公式及相关的物理量的单位;
3. 理解欧姆定律的图像;
4. 利用欧姆定律变形公式解答问题;利用欧姆定律解决串并联电路的问题
1.伏安法测电阻及小灯泡电阻
知识点梳理
1、 伏安法测导体电阻
1. 实验原理:R=
2. 实验器材:电源、开关、导线、导体、电流表、电压表、滑动变阻器。
3. 实验电路:
4. 实验步骤:
1 断开开关,按电路图连接实物电路。
2 闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,使电压表的示数分别为U1、U2、U3,读取并记录对应的电流I1、I2、I3填入表格中。
3 计算每一次的电阻值R1、R2、R3,并求出它们的平均值R=(R1+R2+R3)/3记入表格中
4 实验结束后,整理好实验器材。
5. 实验表格:
次数
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
平均值R/Ω
1
2
3
注意:1. 测量定值电阻阻值时要多次测量求平均值,从而减小误差;因为其温度变化较小,对阻值影响很小。
2.滑动变阻器的作用:①保护电路;②改变导体两端的电压,使其成倍数地增加;③多次测量求平均值。
2、 伏安法测小灯泡电阻
1. 实验原理:R=
2. 实验器材:电源、开关、导线、小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器。
3. 实验电路:
4. 实验步骤:
1 断开开关,按电路图连接实物电路。
2 检查无误后闭合开关,移动滑片让灯发光正常,发光较暗,发光较强,读取电流表和电压表的示数分别为U1、U2、U3,I1、I2、I3,并记录入表格中。
3 分别计算出灯泡在不同电压下发光时的电阻R1、R2、R3记入表格,并分析其电阻不同的原因。
4 实验结束,整理实验器材。
5. 实验表格:
实验次数
灯泡亮度
电压U/V
电流I/A
电阻R /Ω
1
发光强
2
发光正常
3
发光较暗
注意:①器材的选取:电流表所选用量程满偏值要大于电路中的最大电流;滑动变阻器的最大阻值应略大于或接近小灯泡的电阻(效果更明显);②连接电路时:按照电压表、电流表、滑动变阻器的使用规则,将它们正确地连入电路,在连接的过程中,开关要断开;③进行实验时:闭合开关前,要把滑动变阻器的滑片调到最大阻值处,是电路中的电流最小,以保证电路中灯泡、滑动变阻器、电压表、电流表等仪器的安全;④将每次测量的结果和小灯泡的发光情况记录下来,以便最后分析和总结;⑤测灯泡电阻时不可以求平均值,因为灯泡电阻随温度变化很大。小灯泡的灯丝电阻与温度有关,温度越高,电阻越大。
考点题型分类
一.伏安法测电阻及小灯泡电阻
题型速通
【伏安法测电阻及小灯泡电阻】(共10题)
一.实验探究题(共10小题)
1.(2025•镇江)小华在实验室中测量铅笔芯的电阻大小。测量电路如图1所示,电源电压为4.5V。
(1)闭合开关前,图1中的滑动变阻器滑片应置于最 端。
(2)请按照图1的电路图将图2的实物图连接完整。
(3)将滑动变阻器滑片从初始位置移动到另一端,逐次记录电压表示数U和电流表示数I,完成后作出U﹣I图像,如图3所示,由图可知,铅笔芯的阻值为 Ω,滑动变阻器的最大阻值为 Ω。
(4)小华想用实验室一只刻度线清晰,但所标数字模糊不清的电流表A1,制作一个可直接测定电阻的仪器,他设计的电路如图4所示,电路中电源电压U1恒定且未知,操作如下。
①在a、b接线柱间接入导线,闭合开关,移动滑动变阻器滑片,直到电流表指针指到最大刻度;
②保持滑片位置不变,ab间改接入10Ω的定值电阻,此时电流表指针偏转到最大刻度的处;
③取下ab间的定值电阻,接入待测电阻,电流表指针偏转到最大刻度的处,可知待测电阻的大小为 Ω;
④在电流表表盘刻度线处标相应的电阻值,则电阻值分布是 (选填“均匀”或“不均匀”)的。
2.(2025•盐城校级二模)如图是用电流表和电压表测量定值电阻R阻值的实物电路图:
(1)连接电路时,小鹿将实物连接成如图甲所示电路,其中有一处连线错误,请你在连接错误的导线上面“×”并改正;
(2)正确连接后,闭合开关,发现电流表指针反偏,其原因是 ;
(3)排除故障后,闭合开关S,移动变阻器的滑片P至某一位置,此时电压表示数为2V,电流表示数如图乙,则定值电阻R的阻值为 Ω;
(4)小鸣将电阻替换为额定电压为2.5V的小灯泡,将所测数据绘制成如图丙所示的U﹣I图象。由图可知:小灯泡的电阻是变化的,主要是因为小灯泡灯丝的 。实验后,更换不同规格的小灯泡重复上述实验,下列多次实验的目的与其相同的是 。
A.“研究并联电路电流规律”时换用不同规格的小灯泡多测几组电流值
B.“伏安法测量定值电阻”时测量定值电阻的多组电压和电流值
3.(2025•常州)小组同学测量定值电阻R0的阻值。实验器材为:3节新干电池(每节电池的电压恒为1.5V)、开关S、定值电阻R0、电流表、电压表、滑动变阻器Rx、导线。
(1)请在图甲中以笔画线完成电路连接。要求:①电流表、电压表均使用大量程(测量时再选择合适的量程);②闭合开关S前,滑动变阻器的滑片P处于B端。
(2)闭合开关S,发现电流表有示数、电压表无示数,电路故障可能是 。
(3)排除电路故障,移动滑动变阻器的滑片P,测得多组数据。进行实验①时,电压表的示数如图乙所示,请将表格填写完整。
实验序号
①
②
③
U0/V
2.8
4.5
I0/A
0.1
0.2
0.3
R0/Ω
14
15
R0的平均值/Ω
(4)用该定值电阻R0、额定电压为5V的灯泡L连接电路如图丙所示,灯泡的I﹣U关系图像如图丁所示。闭合开关S,灯泡的实际功率为其额定功率的,则电源电压为 V。
4.(2025•宿迁)在“测量定值电阻的阻值”实验中,某学习小组用如图甲所示的器材进行实验。
(1)在图甲中,请用笔画线代替导线将电路补充完整,要求滑动变阻器接入电路阻值最大。
(2)该实验的原理是 。
(3)闭合开关,电流表无示数、电压表有示数,则发生的故障是 。
(4)某小组实验数据如表所示,则该电阻值是 Ω(结果保留1位小数);接着,换用不同阻值的电阻继续实验,画出a、b电阻的I﹣U图像如图乙,则其中 (选填“a”或“b”)阻值更大。
实验
U/V
I/A
1
1.0
0.10
2
2.0
0.20
3
2.5
0.24
5.(2025•靖江市校级三模)小艾同学在学校用伏安法测电阻的阻值,所用的电路图如图甲所示,已知电源由两节新干电池供电,滑动变阻器规格为“50Ω,1A”。
(1)在图甲中完成电路连接,要求导线不要交叉,滑片向右移动时能使电源的输出功率变小;
(2)小艾闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片P时,发现电流表无示数,电压表有示数,初步检查确认,电路接线完好,两个电表均无故障,则发生故障的元件应是 (填字母);
A.滑动变阻器断路
B.定值电阻R断路
C.开关断路
(3)排除故障后,小艾同学正常进行实验并将实验数据记录在表中。若第2次测量时电流表示数如图乙所示为 A,根据三次实验数据可得定值电阻R= Ω;
实验次数
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
1
1.5
0.16
9.4
2
1.8
3
2.4
0.22
10.9
(4)接着小艾同学准备用以上实验器材测量另一只几千欧的电阻,小艺同学觉得不妥,不能直接用伏安法测量电阻,原因是 ;
(5)小艺取来了一只阻值为8Ω的定值电阻,但是把阻值标记用胶条粘贴了,请同学们帮她测量出电阻的阻值。小华同学说不用电流表也能测出该定值电阻的阻值,于是他用4.5V的稳压电源,设计了如图丙所示的电路,R1是电阻箱(0~999.9Ω),可直接显示连入阻值大小。操作步骤如下:
①将单刀双掷开关S1拨至a位置,闭合开关S;
②移动滑动变阻器滑片,使电压表的示数为1.5V;
③滑片位置不变,将开关S1拨至b位置,调节电阻箱,使电压表的示数等于1.5V;
④读出电阻箱的示数,就能得出Rx的阻值;
测量结束,小艺公布了电阻的值,小华同学发现自己的测量结果比真实值大了10Ω,经分析发现,连接电路时,不小心把电压表接到了滑动变阻器两端,而且在步骤②结束后另一位同组的同学移动了滑动变阻器的滑片。请通过数据分析,帮小华推算,移动滑动变阻器的滑片导致接入电路的阻值变化了 Ω。
6.(2025•南京)现想测量两个小灯泡L1、L2正常发光时的电阻。
(1)图甲是用“伏安法”测量L1(U额=2.5V)正常发光时电阻的实物电路。
①用笔画线代替导线,将图甲电路连接完整(导线不允许交叉);
②闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表指针几乎不动,电压表指针明显偏转,故障原因可能是小灯泡 (选填“断路”或“短路”);
③排除故障后,闭合开关,移动滑片,当电压表示数为2.5V时,电流表示数如图乙所示,则小灯泡正常发光时的电阻为 Ω(精确到0.1)。
(2)为了测量额定电流为I0的小灯泡L2正常发光时的电阻,小明和小华设计了图丙所示的电路,定值电阻的阻值为R0,电源电压恒为U。(I0、R0、U已知,且满足测量要求)
①将滑动变阻器R的滑片移至阻值最大端;
②闭合S、S1,断开S2,调节滑片P,使电压表示数为 时,小灯泡正常发光;
③共同完成上述操作后,小明和小华分别只进行了以下一步操作。
小明:保持滑片不动,断开S1,闭合S、S2,读出电压表的示数。
小华:保持滑片不动,闭合S、S1、S2,读出电压表的示数。
综合以上信息,对小明、小华的方案能否测量出小灯泡正常发光时的电阻进行评价 (填字母)。
A.只有小明的方案可行
B.只有小华的方案可行
C.两人的方案都可行
D.两人的方案都不可行
7.(2024秋•锡山区校级月考)小方利用如图甲所示的电路“测量小灯泡电阻”,其电源电压为4.5V,小灯泡L的额定电流为0.25A,滑动变阻器铭牌为“30Ω 2A”。
(1)请你用笔画线代替导线将图甲中的实物电路连接完整(要求:向左移动滑动变阻器滑片P时,电路中电流变大,且导线不能交叉);
(2)闭合开关后,小方发现小灯泡不发光,电流表示数几乎为零,电压表示数接近4.5V,则电路故障可能是 ;
(3)排除故障后,缓慢移动滑片P,当电流表示数为0.25A时,小灯泡正常发光,电压表示数如图乙所示,为 V,此时小灯泡的电阻是 Ω;
(4)多次改变小灯泡两端的电压,测出其对应的电流后,小方描绘了如图丙所示的I﹣U图像,分析图像可知小灯泡的电阻非定值,这是因为灯丝的电阻受 的影响;
(5)完成上述实验后,小方找来一个最大阻值未知的滑动变阻器a,设计了如图丁所示的电路,设想不用电流表也能测量出上述小灯泡L正常发光时的电阻。已知电源电压为U,滑动变阻器b的最大阻值为R1,请你将操作步骤补充完整并写出小灯泡正常发光时电阻的表达式:
①只闭合S和S1,调节滑动变阻器b的滑片,使小灯泡L正常发光;
②只闭合S和S2,保持滑动变阻器b的滑片位置不动,调节滑动变阻器a的滑片,使电压表的示数与第①步时 (选填“相同”或“不同”);
③只闭合S和S2,保持滑动变阻器a的滑片位置不动,将 ,记录电压表的示数U1;
④小灯泡正常发光时的电阻RL= 。(用符号U、R1、U1表示)
8.(2024秋•锡山区期末)如图甲所示,小熊想测量正常工作电压为2.5V小灯泡的电阻,电源电压为4.5V。
(1)测量小灯泡电阻的原理是 (用公式表示);
(2)电路连接正确后,闭合开关,小熊发现电压表无示数,电流表有示数,产生这一现象的原因可能是 (选填“小灯泡短路”或“小灯泡断路”)。
(3)排除故障后,移动滑动变阻器的滑片,某时刻电压表示数为2.2V,为使小灯泡正常发光,应将滑动变阻器的滑片P向 (左/右)端移动,直到电压表示数为 V;
(4)小熊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 Ω。分析图象还可以发现,灯泡的电阻是变化的,其原因是 。
(5)同组的小查认为,只将图甲中的小灯泡替换为一个定值电阻,其他实验器材不变,还能够完成“探究电流与电阻的关系”实验,你认为小查的看法 (选填“正确”或“错误”)。
9.(2025•镇江二模)小明用图1电路测量标有“2.5V”灯泡的电阻。
实验次数
1
2
3
电压U/V
1.0
1.5
2.5
电流I/A
0.15
0.17
0.20
灯泡电阻R/Ω
灯泡电阻R的平均值/Ω
(1)连接电路时应 开关。小明正确完成三次实验,并将实验数据填入表格中。请指出表格设计的一处错误 。
(2)某次实验时,小明发现灯泡突然熄灭,两电表示数均为0。他将导线①的a端依次接到接线柱b、c、d、e上,仅接e时电压表才有示数。若电路仅一处故障,则是 。
(3)排除故障后继续实验。实验中为了增大灯泡两端电压,他应将滑片向 移。灯泡正常发光时的电阻为 Ω。
(4)小红用图2的电路测量Rx阻值。R为电阻箱,R0为定值电阻(阻值未知)。
①实验步骤如下:
第1步:将S接b,调节R和滑片P,记下电阻箱的值R1和电流表示数I;
第2步:将S接a,保持滑片P位置不变,调节R,使电流表示数仍为I,记下电阻箱的值R2;
则Rx= 。(用物理量符号表示)
②对图2电路分析正确的是 。(本小题有多个选项正确)
A.将R0换成导线仍能完成实验
B.将滑动变阻器换成导线仍能完成实验
C.先将S接a一定能完成实验
D.电阻箱规格选择不当将无法完成实验
10.(2025•涟水县模拟)小明和小华用电流表、电压表、滑动变阻器等,测量“2.5V”小灯泡在不同电压的电阻,设计并连接了如图甲所示电路,并进行如下操作:
(1)当小明准备闭合开关时,小华制止了他,因电路中存在一处问题 ;
(2)修正后,闭合开关,发现灯泡不亮,电流表和电压表均有较小的示数,接下来的操作应该是 ;
(3)当电压表示数为1V时,电流表示指针情况如图乙所示,示数为 A,继续调节滑动变阻器,将电压表和电流表示数填入表格中。记录表格存在的问题是 ;
次数
1
2
3
4
5
电压
1
1.5
2
2.5
3
电流
0.26
0.28
0.30
0.34
电阻
发光情况
很暗
较暗
稍暗
正常
特别亮
(4)根据表中的数据可以计算出灯泡正常发光时的电阻为 Ω(保留一位小数);
(5)接着将表格中的数据输入电脑excel中,生成了如图丙所示灯丝的电流与电压关系图象,发现灯丝的电流与电压不成正比,请你帮他们分析可能的原因是 。
(6)由于测完最后一组数据后,忘记断开开关,在绘制电流与电压关系图象时,发现灯泡熄灭了,灯泡内充满了白烟,此时电压表 示数(填“有”或“无”)。
(7)通过计算判断本实验选取的滑动变阻器的规格应为 。
A.10Ω 0.5A
B.5Ω 0.5A
C.10Ω 0.3A
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