内容正文:
专题03 欧姆定律(实验部分)重难点分析
题型01 欧姆定律实验电路设计与研究方法
1.(24-25九年级上·江苏扬州·期末)在探究电流与电压关系的实验中,同学们设计了如下三种电路(如图):
(1) 甲同学认为图(b)电路比图(a)电路好,理由是图(b)电路 。乙同学认为图(c)电路比图(b)电路更好,理由是图(c)电路不仅能保持 不变,还能很容易改变 。
(2)本实验中滑动变阻器的作用是① ;② 。
2. (24-25九年级上·江苏苏州·期末)小明准备利用如图所示电路进行探究实验,以下能完成探究并得出定量关系的是( )
①保持R1滑片位置不变,移动R2滑片,探究电流与电压的关系
②保持R2滑片位置不变,移动R1滑片,探究电流与电阻的关系
③改变R1滑片位置后,移动R2滑片保持电压表示数不变,探究电流与电阻的关系
A.① B.② C.①② D.①③
3.(24-25九年级上·江苏淮阴·期末)小明和同学们在做电学实验过程中,他们经过讨论,依次改进了“探究电流跟电压的关系”的实验电路图,如图甲、乙、丙所示。下列说法正确的是( )
A.图甲改进为图乙:为保证实验过程中电压这一因素不变
B.图乙改进为图丙:实现多次实验,得到电流跟电压之间的定量关系
C.图丙:移动滑动变阻器的目的是保持电阻R两端电压不变
D.图丙:实验的结论是:电流跟电压成反比
题型02 实验数据处理与分析(共3小题)
①数据分析法
4.(24-25九年级上·江苏高邮·期末)在探究“电流与电压、电阻的关系”的实验中,小明猜想“电流可能跟电压成正比”,于是小明利用如图所示电路,他保持定值电阻R1不变,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片P,记下几组电压值U1、U2、U3和对应的电流值I1、I2、I3。下列对数据的处理方法有助小明验证“猜想”的是( )
①计算对应电压与电流的比值,看比值是否为趋向定值
②在坐标系中画出电流与电压的关系图象,看图象是否符合正比例函数特点
③分别求出U1:U2:U3和I1:I2:I3,看两者是否近似相等
只有①B.只有①②C.只有②③D.①②③均可
5.(24-25九年级上·江苏镇江·期末)小组同学探究“欧姆定律”。
(一)小明探究“电流与电压的关系”。实验器材为:3节干电池(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代替导线完成电路连接,要求:电流表、电压表均使用大量程(测量时再选择合适的量程),电压表测量R0的电压。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移至 (A/B)端。
(3)闭合开关S,发现电流表无示数、电压表有示数,则电路故障可能是 。
A.R0处发生短路;B.R0处发生断路;C.Rx处发生短路;D.Rx处发生断路。
(4)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④时,电压表、电流表的示数如图乙所示,请将数据记录在表一内。
表一
实验序号
①
②
③
④
U/V
1.0
2.0
3.0
I/A
0.2
0.4
0.6
(5)分析实验数据,可得探究结论: 。
(二)小华利用如图甲所示的电路,附加数个阻值不同的定值电阻,探究“电流与电阻的关系”,测得实验数据如表二所示。
表二
实验序号
①
②
③
④
R/Ω
5
10
15
20
I/A
0.6
0.3
0.2
0.15
(6)小华完成实验①后,进行实验②,具体操作为:首先,断开开关S,将定值电阻由5Ω换成10Ω;接着,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片P时,眼睛应观察 表直至其示数为 。
(7)分析实验数据,可得探究结论: 。
②图像分析法
6.(24-25九年级上·江苏无锡·期末)探究通过导体的电流与电阻的关系,用5Ω、10Ω、20Ω的三个定值电阻完成“探究通过导体的电流与电阻的关系”,电源电压为6V,滑动变阻器最大阻值为100Ω。
(1)请用笔画线代替导线将图甲所示电路连接完整(滑动变阻器的滑片向右移动时电流表的示数变大);
(2)先将5Ω的定值电阻接入电路,闭合开关后,电流表无示数,电压表有示数,故障可能是 ;排除故障后进行实验,移动滑动变阻器的滑片,当电流表的示数如图乙所示时记录数据,则本实验中设定的定值电阻两端的电压为 V;
(3)断开开关,将10Ω的定值电阻换成20Ω的定值电阻,闭合开关,应将滑动变阻器的滑片向
(选填“左”或“右”)端移动;移动滑片的过程中,眼睛应观察 表的示数。根据实验数据描绘出电流与电阻倒数的图像如图丙所示,由图像可知,电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成 比;
(4)本实验中,如果小明还想增加几个定值电阻增加试验次数,则能继续完成实验的定值电阻最大不得超过 Ω。
(5)实验过程中,电源电压不变,更换阻值不同的定值电阻R1,并调节滑动变阻器R2接入电路的阻值,记录每次实验中电压表示数U和电流表示数I,下列关于I、U、R1和R2的关系图像正确的是 。
7.(24-25九年级上·江苏南京·期末)小兵利用图1电路来探究电流与电阻的关系,他在实验中控制电压表示数为U0不变,相关器材规格已在图中标明。
(1)请用笔画线代替导线将电压表接入电路;
(2)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应置于图中最 (选填“左”或“右”)端;
(3)闭合开关,将电阻箱调至某阻值,调节滑动变阻器时,他发现电压表示数始终为零而电流表示数有明显变化,经检查是由于某处短路而造成的,被短路的是 ;
(4)小兵调节电阻箱阻值R,进行多次实验,所绘制的I与关系图线如图2所示,由此可知U0= V,实验结论是:在电压一定时, ;
(5)若由于电池电量不足,小兵换用4.5V电源后继续实验,进行了如下操作:
①将电阻箱阻值先调至4Ω进行实验,实验完成后断开开关;
②再将电阻箱阻值调至15Ω后,闭合开关进行实验;
则由于小兵在上述操作中的一个疏漏,将会导致 ;
(6) 小华利用图1电路和器材也对电流与电阻的关系进行了探究,在5Ω~25Ω范围内,他将电阻箱阻值R调至5个不同的值分别进行了实验,则他根据实验数据描点所绘制的I与关系图线不可能是图3中的
(选填“甲”或“乙”),理由是 。
8.(24-25九年级上·江苏兴化·期末)小明利用图甲的电路探究“通过导体的电流与电阻的关系”,根据实验的数据绘出了I﹣1/R图象,如图乙,由图可知( )
A.定值电阻两端电压控制为2V不变
B.当电流为0.2A时,电阻R为0.1Ω
C.当滑片向右移时,电压表数变大
D.当电流分别为0.25A和0.5A时,接入电路的导体的电阻之比为1:2
9.(24-25九年级上·江苏靖江·期末)小军利用图1电路探究电流与电阻的关系,所用器材规格已在图中标明.
(1)请用笔画线代替导线将电路连接完整,使滑片P向左移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大;
(2)完成连接后进行实验.闭合开关前,滑片P应置于最___(选填“左”或“右”)端;
(3)实验中,若无论如何调节滑动变阻器,电流表的示数几乎为零,电压表示数始终为3V.经检查发现是某根导线出现了断路,该导线是___(选填导线编号);
(4)测量结束后,应先___,拆除___两端导线后,再拆除其他导线并整理好器材;
(5)将电流表示数记为I,电阻箱和滑动变阻器接入电路的阻值分别记为R1和R2.小军根据实验数据绘制的I与R1的倒数之间的关系图线如图2所示.
①根据图2可得出“在电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成___”的实验结论;
②下列四个选项中,能正确反映I与R2的倒数之间关系的是___,你判断的理由是:___.
10.(24-25九年级上·江苏如皋·期末)用图甲所示电路“探究电流与电阻的关系”。电源电压为4.5V不变,滑动变阻器规格为“20Ω 1A”,有4Ω、6Ω、8Ω、10Ω、12Ω的定值电阻各一个。
(1)用笔画线代替导线把图甲电路连接完整,要求:当滑片P向左滑动时,变阻器接入电路的电阻变大;
(2)连接电路时,开关应该 (选填“断开”或“闭合”);
(3)先接入12Ω定值电阻,闭合开关,移动变阻器的滑片P移至合适位置,电压表的示数如图乙所示,示数为 V,记下电流表的示数。断开开关,将12Ω电阻换成10Ω后,闭合开关,移动变阻器的滑片P使 表的示数与前一次相同,记录相关数据;
(4)依次改变电阻R的阻值,共测得五组实验数据,根据实验数据,在图丙的坐标系中描绘出I﹣R图象为曲线A;
①由图象可得出的结论是: ;
②根据上面所测的五组实验数据,把每次实验时记录的电流值和对应变阻器RP的阻值,在图丙坐标系中描成点,将这些点绘成曲线B,发现曲线B与曲线A (选填“有交点”或“无交点”),其原因是 ;
③面积分析法
11.(24-25九年级上·江苏江阴·期末)在“探究电流与电阻关系”的实验中,实验器材有:电源(电压恒为4.5V)电流表、电压表、滑动变阻器和开关各一个,阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻五个,导线若干。
(1)请用笔画线代替导线将图甲所示实验电路连接完整;
(2)断开开关S,小明用10Ω的电阻替换5Ω的电阻后,接下来闭合开关后应,调节滑动变阻器,使 的示数保持不变,再观察与记录电流表的示数;
(3)图乙是根据实验数据画出的I﹣R图像,其中阴影面积对应的物理量是 ;
(4)根据图像,所得实验结论是: 。
题型03 探究“电流与电阻的关系”实验中调不到预设电压的原因分析和处理方法
①运用串联分压规律求解滑动变阻器的最大阻值
12.(24-25九年级上·江苏邗江·期末)在“探究电流与电阻关系”实验中,老师提供了两节新干电池、电流表、电压表、开关、两个滑动变阻器(规格“10Ω 1A”和“20Ω 0.5A”),阻值为10Ω、20Ω、25Ω的定值电阻各一个,以及导线若干。
(1)请根据图甲,用笔画线代替导线将实物图(图乙)连接完整。(要求导线不交叉;当滑片向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大)。
(2)闭合开关后,发现电压表无示数,电流表有示数,其原因可能是定值电阻_______(断路/短路)。
(3)排除故障后,更换不同电阻进行实验,测得数据填入下面表格,第一次实验时,电流表的示数如图丙所示。当取下10Ω的定值电阻,换接上20Ω的定值电阻时,为了控制定值电阻两端的电压为_______ V不变,应将滑动变阻器的阻值调为_______Ω;
实验序号
1
2
3
电阻R/Ω
10
20
25
电流I/A
010
0.08
(4)由表中数据可知,导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成_______(正比/反比);
(5)根据表格数据判断,实验中选用的滑动变阻器可能是 (A/B);
A. “10Ω 1A” B. “20Ω 0.5A”
(6)当把50Ω的电阻接入电路时,发现无论怎样调节滑片都不能使电压表示数为U。为保证这个电阻接入电路中完成实验,可以将滑动变阻器换成最大阻值至少________Ω的变阻器。
②运用串联分压规律求解定值电阻的范围
13.(24-25九年级上·江苏高邮·期末)如图所示,是探究“电流与电阻的关系”实验电路图,电源电压保持3V不变,滑动变阻器的规格是“10Ω 1A”。实验中,先在A、B两点间接入5Ω的电阻,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,使电压表的示数为2V,读出并记录下此时电流表的示数。接着需要更换A、B间的电阻再进行两次实验,为了保证实验的进行,应选择下列的哪两个电阻( )
A.10Ω和40Ω B.20Ω和30Ω C.10Ω和20Ω D.30Ω和40Ω
14.(24-25九年级上·江苏徐州·期末)某兴趣小组同学探究电流与电压、电阻的关系。实验中电流表的量程“00.6A”,电压表的量程为“03V”,滑动变阻器的规格为“30Ω,1A”,电源电压3V保持不变。将电阻箱R接入AB之间进行实验探究。
(1)如图甲所示,连接电路后,闭合开关,发现电压表和电流表出现如图乙所示的现象,可能出现的电路故障为______;
(2)排除故障后,他们先将电阻箱调至5Ω不变,探究电流与电压的关系,调节滑动变阻器,测量并记录了5组数据,在图丙中相应描出了5个点,请根据5个点画出定值电阻的I—U图像______;
(3)分析图丙的I—U图像,可得出结论:______;
(4)接着他们探究电流与电阻的关系,控制电阻箱两端的电压为2V不变,他们首先将电阻箱调至5Ω,测出电流。断开开关后,接着将电阻箱调至10Ω,继续操作有以下四步:①闭合开关;②将滑动变阻器的滑片移到最右端;③记录电流表示数;④将滑动变阻器的滑片移到适当位置,从安全和规范角度考虑,正确的顺序是______(填序号),上述操作④中判断滑片已处于“适当位置”的依据是______;
(5)要完成第(4)小题探究电流与电阻关系的实验,且电阻箱R可以组成09999Ω范围内各种整数的电阻值,则电阻箱可接入的阻值范围是____Ω______Ω。
③运用串联分压规律求解预设电压的范围
15. (24-25九年级上·江苏苏州·期末)探究“电流与电压的关系”实验中,已知电源电压恒为4.5V,滑动变阻器规格为“40Ω1A”,电流表量程为“0~0.6A”,电压表量程为“0~3V”。
(1)如图甲,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应移到最______(选填“左”或“右”)端;
(2)实验前,电流表指针如图乙,其原因是______;
(3)排除故障后,调节滑片P,测出通过定值电阻R的电流和对应的电压值,绘制出I—U图象(图丙a);接着将电阻换成小灯泡,重复上述过程,绘制出I—U图象(图丙b),则图像中三处电阻、、中最小的是______;
(4)实验完成后,用该装置探究“电流与电阻的关系”,可供选择的电阻分别为4Ω,8Ω、12Ω、16Ω和20Ω;
①将4Ω电阻连入电路,闭合开关,适当调节滑片P,读出电流表的示数I1为0.4A,记录数据;
②断开开关,将4Ω电阻换成8Ω电阻接入电路,正确操作后,读出电流表示数I2为______A,记录数据,此时变阻器接入电路中的电阻是______Ω;
③······;
④若分别将五个电阻单独换入电路都能完成实验,控制不变的电压值应该不低于______V,不高于______V。
④运用串联分压规律求解电源电压的范围
16.(24-25九年级上·江苏泰兴·期末)小明同学在“探究通过导体的电流与电阻的关系”时,他用如图所示的电路进行实验,可供选择的定值电阻R分别为:2.5Ω、5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω。实验中电阻R两端的电压始终保持3V不变,滑动变阻器的规格为“15Ω 1A”。
(1)图中有一根导线连接错误,请在该导线上画“×”并在图上改正。(所画的导线用实线且不能交叉)
(2)改正错误后,闭合开关,小明发现电流表示数为0,电压表示数很大,故障原因可能是 。
(3)实验中,不能被选用的电阻R为 Ω。
(4)小明记录实验数据如表所示:
实验次数
1
2
3
4
电阻R/Ω
5
10
15
20
电流I/A
0.6
0.3
0.2
0.15
分析实验数据可得实验结论是: 。
(5) 为了保证选用的电阻R均能正常进行实验,电源电压的控制范围是 V ~ V。
⑤运用串联分压规律求解串联一个定值电阻的范围
17.(24-25九年级上·江苏南京高淳·期末)实验初中物理兴趣小组的小华和小舒同学为“探究电流与电压、电阻的关系”,在实验室找来了以下实验器材:学生电源(电压恒为4.5V),滑动变阻器(“20Ω,1A”),阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻各一个,电流表量程为0~0.6A,电压表量程为0~3V、开关各一只,导线若干。
(1)实验时小华设计了如图甲所示的电路图,并连接成图乙所示的实物图。他将滑动变阻器的阻值调到最大,若闭合开关,则乙图中 无示数(选填“电流表”或“电压表”),这是因为乙图中有一根导线连接错误,请在该导线上打“×”,并画出正确的连线。
(2)正确连接电路后,小华接入10Ω的定值电阻进行“电流与电压关系”实验的探究,得出3组实验数据记录在表1中,对数据进行分析后可得出实验结论是:当电阻一定时,电流与电压成比 (选填“正”或“反”)比。
表1: 表2:
实验次数
1
2
3
4
电阻
5
10
15
20
电流
0.4
0.2
0.13
实验次数
1
2
3
电压
1.5
2
2.5
电流
0.15
0.2
0.25
(3)接下来小舒分别接入不同阻值的定值电阻探究“电流与电阻的关系”。他先用5Ω的定值电阻进行实验,闭合开关S后,移动滑片P,控制定值电阻两端的电压为2V;断开开关后,保持滑片P位置不变,用10Ω的定值电阻替换5Ω,再次闭合开关后,发现电压表示数如图丙所示为 V,此时应向 (选填“左”或“右”)移动滑片P才能达到实验要求。
(4)小舒更换其他电阻,继续完成实验,测得数据记录在表2中,其中第4组数据未完成收集。同组小华对实验进行修改,重新实验,只在图甲中 (选填“a”或“b”)点串联一个定值电阻,其他条件不变且除更换定值电阻外,不拆装其他部分,顺利收集了4组数据,小华应在图甲电路串联的定值电阻的阻值范围为 Ω~ Ω。
题型04 测量定值电阻与小灯泡电阻实验的比较
①伏安法测量定值电阻的阻值(数据处理:电阻差异主要由温度导致,求平均值减小误差)
18.(24-25九年级上·江苏泰州高港·期末)在“测量定值电阻的阻值”的实验中:
(1)本实验的原理为 ;
(2)根据图甲连接实物电路时,开关要处于 (选填“断开”或“闭合”)状态,滑动变阻器的滑片P应该移到最 (选填“左”或“右”)端,1处应接 (选填“电流”或“电压”,下同)表,2处应接 表;
(3)本实验中滑动变阻器的作用是① ;② ;
(4)实验过程中得到的部分数据如表所示。第3次测量时,电流表的示数如图乙所示,请将读数填入表格中 。多次测量的目的是 ;
实验次序
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
电阻的平均值/Ω
1
0.8
0.16
5
2
1.6
0.32
5
3
2.4
___________
(5)本实验所测得未知电阻的阻值为 Ω。
②伏安法测量小灯泡的电阻(数据处理:电阻差异主要由温度导致,不可以求平均值)
19.(24-25九年级上·江苏吴江·期末)小静用如图甲所示电路做“伏安法测量小灯泡电阻”的实验,小灯泡标有“2.5V”字样。
(1)图甲电路中有一根导线连接错误,请在该导线上打“×”,并用笔画线代替导线补画出正确的连线(所画导线不能交叉)。
(2)电路连接正确后,闭合开关前应先将滑动变阻器的滑片移到最 (选填“左”或“右”)端,目的是防止电路中 过大而损坏电路。
(3)闭合开关后,发现小灯泡不亮,接下来首先应该进行的操作是 (填序号)。
A.检查导线连接是否良好
B.移动滑动变阻器的滑片观察小灯泡是否发光
C.更换小灯泡
(4)闭合开关,移动滑片,直至电压表的示数为2.5V,小灯泡正常发光,电流表的示数如图乙所示,此时小灯泡的电阻为 Ω。
(5)接着,小静同学又测量了2V和1V电压下该小灯泡的电阻,并将以上三次电阻取平均值作为小灯泡的电阻。她的这种做法是 (选填“正确”或“错误”)的,理由是 。
③伏安法测量“3.8V”小灯泡正常发光时的电阻(数据处理:电阻差异主要由误差导致,可以求平均值减小误差)
20.(24-25九年级上·江苏昆山·期末)为测定标有“3.8V”字样小灯泡正常发光时的电阻(约为10Ω),小明设计了如图甲所示的电路,电源电压6V保持不变,滑动变阻器规格为“20Ω,1A”。
(1)他发现电路中有一根导线连接错误,请在该导线上画上“×”,用笔画线代替导线,画出正确的连线。
(2)正确连接电路后,闭合开关发现小灯泡不亮,电压表有示数、电流表无示数,移动滑动变阻器时两表示数没有变化,发生这种现象的原因可能是 。
(3)排除故障后,接着继续用上述电路测该小灯泡正常发光时的电阻。
序号
电压表示数/V
电流表示数/A
电阻/Ω
正常发光时电阻RL/Ω
1
3.8
0.38
10
RL==9.67
2
3.8
0.40
9.5
3
3.8
0.40
9.5
①该小组数据处理的过程是否正确? ,为什么? 。
②小明看了上述实验测量后发现,这样测量小灯泡正常发光时的电阻,误差较大,于是他想到将电压表并联到 的两端,并移动滑动变阻器,使电压表示数为 V,此时观察到电流表示数如图乙所示,则小灯泡正常发光时的电阻为 Ω。
21.在“伏安法测电阻”的实验中,有两名同学分别选用定值电阻和小灯泡作为测量对象,在处理实验数据时,画出了定值电阻和小灯泡的U﹣I图象,分别如图甲、乙所示,则对于图象的分析,以下说法错误的是( )
A.由图甲可知,定值电阻的阻值为1Ω
B.由图甲可知,定值电阻的阻值不随它两端的电压和通过它的电流的改变而改变
C.由图乙可知,小灯泡的电阻跟灯丝的温度有关
D.为了减小误差,应该用多次测量取平均值的方法测定小灯泡的电阻
22.探究“电流与电阻的关系”时,我们一般需要先预设一个电压值,实验中保持电阻两端电压为预设值不变,现采用如图所示电路进行探究,器材:学生电源(6V)、滑动变阻器(20Ω,1A)、电流表、电压表、开关、三个定值电阻(5Ω、10Ω、20Ω)及导线若干,以下说法正确的是( )
A.电压预设值越大,在获得3组实验数据过程中,滑动变阻器阻值调节范围越小
B.要获得3组实验数据,电压预设值范围可以为1V﹣4V
C.要获得3组实验数据,电压预设值范围可以为1.5V﹣5V
D.实验电压预设值为2V.要获得3组实验数据,要更换最大阻值为30Ω的滑动变阻器
23.小海按如图做了一系列实验,实验记录如表格所示,下列能正确表示“电流、电压和电阻关系”的是( )
U1=1V
U2=2V
U3=3V
第一组R1=5Ω
0.2A
0.4A
0.6A
第二组R2=10Ω
0.1A
0.2A
0.3A
第三组R3=20Ω
0.05A
0.1A
0.15A
A. B. C. D
24.小明探究“通过导体的电流与电阻的关系”。图甲为实验装置,电源电压恒为6V,实验时将电阻箱的阻值依次调为25Ω、20Ω、15Ω、10Ω、5Ω。
(1)请你用笔画线代替导线将图甲所示的实物电路连接完整。要求:滑动变阻器的滑片P向右移动时电流表的示数变大。
(2)改正电路后,闭合开关,电压表有示数,电流表示数几乎为零,经检查排除导线和接线柱故障,则原因可能是 。
(3)排除故障后,根据数据得的图像如图乙所示,可得出的结论是:在电压一定时, ;电阻箱两端电压控制为 V。
(4)完成某次实验后,仅调节好电阻箱的阻值,观察到电压表示数如图丙所示,滑动变阻器的滑片应向 (选填“A”或“B”)端移动。
(5)由以上实验初步得出电流和电阻的关系,为使结论更具普遍性,下列操作可行的是___________。
A.将电阻箱阻值调为30Ω再测一组数据
B.仅将电源电压调为4V,电阻箱两端控制的电压不变,重复实验
C.电源电压保持不变,仅将电阻箱两端电压控制为3V不变,重复实验
25.在“探究通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验中,有如下器材:电压表、电流表、滑动变阻器阻值范围“0~15Ω”、开关、电源(电压为3V保持不变)、定值电阻R(分别为5Ω、10Ω、15Ω)、导线若干。
(1)在探究“电流与电压的关系”实验中:
①小明连接实物图如图,闭合开关后,电流表 示数(填“有”或“无”),请添加一根导线使电路连接完整。
②该实验中滑动变阻器的作用除了保护电路外,还有 ;
③小焊把图中的定值电阻R换成了小灯泡,闭合开关后,通过调节滑片P的位置测量了三组数据,并计算出不同电压下小灯泡的电阻阻值分别为6.2Ω、7Ω、8.7Ω,于是小焊把三次电阻求平均值,得到小灯泡的电阻是7.3Ω,你认为小烨的做法是否合理 (选填“合理”或“不合理”),原因是: 。
(2)在探究“电流与电阻的关系”实验中:
①小焊先将 R=10Ω 的电阻接入,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,直到电压表示数为1.2V,记下电流表示数;保持滑动变阻器的滑片位置不变,把R换为5Ω的电阻,此时应调节滑动变阻器的滑片使其阻值 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
②在此实验中,该同学根据正确的测量数据绘制出电流与电阻的图象,如图所示其中正确的是 。
③当接入15Ω的电阻后,不管如何移动滑动变阻器的滑片,都不能使电压表的示数与原来相同,若要完成实验,下列做法可行的是 (选填字母符号)。
A.改变电压表的量程
B.接入15Ω的电阻,无法完成,略去不做,前两组实验数据照样可以得出结论
C.第一次接入5Ω的电阻时,使电压表的示数为2V
D.换用最大阻值为20Ω的滑动变阻器进行实验
26.在“探究电流与电阻的关系”实验中,已知电源为4.5V,电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V,定值电阻若干,滑动变阻器的规格为“20Ω 0.5A”。
(1)用笔画线代替导线,将图甲中的电路连接完整(要求闭合开关前,滑片处于最左端)。
(2)闭合开关,发现电流表无示数,电压表示数接近电源电压,则故障可能为 。排除故障后,先接入5Ω的定值电阻,调节滑动变阻器到某一位置,电流表的示数如图乙,其读数为 A;用10Ω的定值电阻代替5Ω接入电路,移动滑动变阻器的滑片,保持定值电阻两端电压不变,此时滑片的位置位于上一次实验的 (选填“左”或“右”)侧。
(3)通过收集实验数据,得到如图丙所示的图像,进一步得出结论: 。
(4)若所选的定值电阻最小值为5Ω,重新选择定值电阻两端所控制的电压,完成此探究能选用的定值电阻最大阻值为 Ω;小明在开关和电流表之间再串联一个定值电阻R0,使30Ω的电阻也能完成本次探究,此时R0的取值范围是 Ω~ Ω。
27.小明利用图甲“探究电流与电压、电阻的关系”,器材有:可调电压电源(可调为1.5V、3.0V、4.5V、6.0V之一)、5个定值电阻(阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω)、滑动变阻器(10Ω,1A)、电压表和电流表。
实验序号
①
②
③
④
⑤
R/Ω
5
10
15
20
30
I/A
(1)小明发现甲图连接电路有一处错误,请在接错的那一根导线上打“×”,用笔画线代替导线画出正确的连接______;
(2)改正后,小明设计了实验表格,通过此表格可知其实验目的是探究电流与______的关系;
(3)小明将电源电压调为3V,进行(2)中的实验;
①图乙是第2次实验时电流表的示数,读数为______A;
②当其中某个定值电阻接入电路时,无法满足实验条件,这个定值电阻的阻值为______Ω,为了让该电阻也能完成实验,则:
a.若仅更换滑动变阻器,其最大阻值______Ω;
b.若仅改变定值电阻两端电压的预设值,其范围是______V;
(4)小华利用现有器材又做了下面的实验:
①按改正后的图甲连接电路,将电源电压调到某个值,闭合开关,移动滑片使电压表示数为4V;
②保持滑片不动,换接入另一个定值电阻,调节电源电压,在电路安全条件下闭合开关,发现电压表示数恰好为4V;
通过以上实验现象可以推断:此时滑动变阻器接入电路的阻值为______Ω。
28. 小明用如图所示电路探究“电流与电压的关系”。电源电压恒为3V,定值电阻的阻值为4Ω,滑动变阻器的规格为“20Ω 0.5A”。
(1)连接电路时,开关应处于 _______状态。小明发现甲图连接的电路有一处错误,请在接错的那一根导线上打“×”,用笔画线代替导线画出正确的连接________。
(2)正确连接电路,小明完成了下表中的4次实验,可以得到结论:在电阻一定的情况下,通过导体的电流与导体两端的电压成 _______比。利用现有器材在不改变电路连接的情况下,表格里余下的4次实验中,还能完成 _____次。
电压U/V
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.4
电流I/A
0.15
0.23
0.30
0.38
(3)小华想探究“电流与电阻的关系”,她将如图中4Ω的定值电阻分别换成5Ω、10Ω、15Ω,并控制它们两端的电压为1V。为顺利完成这三次实验(中途不允许拆接线),连接实物时应在电路中 _____联一个定值电阻,其阻值可以选择的是 _____(填字母)。
A.只能10Ω
B.大于10Ω都可以
C.10Ω~30Ω之间都可以
29. 在“测量定值电阻阻值”的实验中,小明所用电源的电压保持不变,滑动变阻器标有“10Ω 2A”的字样。
(1)粗心的小明连好最后一根导线时的电路如图甲所示,请你指出其中存在的问题:一是 ;二是 。
实验次数
电压U/V
电流I/A
电阻Rx/Ω
①
5.0
②
6.5
0.4
③
8.0
0.5
(2)小明解决上述问题后,闭合开关发现:电压表指针有明显偏转,而电流表指针几乎不动。经检查:电路中电表完好且只有一处故障,他初步判断可能是导线 (选导线编号)断路或 断路。
(3)排除上述电路故障后,小明开始实验:
①闭合开关,读出电表示数后立即断开开关,并将读数填在表中,其中电流表指针位置如图乙所示,则电流表读数为 A,利用该组数据算出的Rx阻值为 Ω(保留一位小数)。
②闭合开关,将滑动变阻器的滑片向 移至适当位置,读出两电表示数后立即断开开关,并将读数填在表中。
③闭合开关,继续移动滑片,直至移到了滑动变阻器的一端,读出两电表示数,断开开关,并将读数填在表中。
(4)分析表中数据,小明发现:随着待测电阻两端电压的增大,计算得出的待测电阻阻值变化情况是 。
他感到困惑:为何会出现这样的结果呢?小华帮他检查后指出:小明所测出的电压数据是错误的。于是小明想重新实验,小华提醒他:无需重新实验,利用已知信息和电流表的读数,不但可计算出待测电阻的阻值,还能求出电源电压。小明经过认真思考后,计算得出:待测电阻Rx= Ω,电源电压U总= V。
30. 测量定值电阻RX阻值大小的实验电路图如图甲所示。
(1)本实验的原理是_______;
(2)正确连接电路闭合开关后,电压表示数为1.5V时,电流表如图乙所示,电流表示数为_______ A,则此时测得RX的阻值是_______Ω;
(3)本实验要多次测量取平均值,是为了_______;
(4)某实验小组进行实验时不慎将电压表损坏,想利用如图丙实验电路图测量Rx的阻值.图中R为电阻箱,请在以下空白处填上适当内容。
①将开关接a,调节电阻箱和滑动变阻器滑片P至适当位置,记下电流表示数I和电阻箱阻值RA;
②将开关改接b,_________ ,记下电阻箱阻值RB;
③则Rx=_______ (要求仅利用电阻箱读数表达Rx的阻值)。
31. 几组同学在测灯泡电阻实验中,连接了图甲所示的实物图。
(1)测小灯泡的电阻的实验原理是___________,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于___________端(选填“A”或“B”)。
(2)某组同学实验时,开关闭合,发现灯泡不亮,电流表示数为零,电压表示数如图乙所示,则电压值为___________V, 经检查电表完好,则电路故障可能是___________。排除故障后,测量数据,绘出I-U图像如图丙中的A所示,图像为曲线的原因是___________。
(3)另一组同学用相同的器材也做这个实验,由于接线错误,根据测量的数据绘出的I-U图像如图丙中的B所示。错误的原因可能是___________。
(4)实验中使用的小灯泡正常发光时的电流为0.2A,则小灯泡正常发光时的电阻为___________。
32. 小明利用图所示的电路测量小灯泡正常发光时的电阻。实验中电源电压保持不变,小灯泡的正常发光时的电压是2.4V。
(1)开关S闭合前,应将变阻器的滑片P移______(选填“左”或“右”)端;
(2)闭合开关S后,他发现灯泡不亮,两电表示数均为0,他将一根导线的一端接电源正极,另一端依次试触a、b、c、d各接线柱,当接触到d时,电压表开始有示数且为电源电压,灯泡不亮,电流表示数仍为0,则电路中的故障原因是______;
(3)排除故障后,按正确的步骤进行实验。小灯泡正常发光时,电流表示数为0.32A,则小灯泡的正常发光时的电阻R1是______Ω;
(4)若小灯泡两端电压为1.2V时,灯泡的电阻为R1;通过小灯泡的电流为0.16A时,灯泡的电阻为R2,则R1______(选填“>”、“<”或“=”)R2。
33. 小明利用如图所示的电路探究“电流与电阻的关系”,已知电源电压为6V且保持不变、实验用到的定值电阻阻值分别为25Ω、20Ω、15Ω、10Ω、5Ω,滑动变阻器的规格为“50Ω,1A”。
(1)小明发现有一根导线连接错了,请你找出这根导线并打上“×”,然后用笔画线代替导线正确连接。
(2)正确改接电路。以下是实验的四个操作步骤:
①闭合开关,移动滑片,当电压表的示数为2.5V时,记下电阻值和电流值
②先将5Ω的电阻接入电路中,并将滑动变阻器的滑片移到最右端
③闭合开关,调节滑片使电阻两端的电压保持2.5V,测量并记下电阻值和电流值
④断开开关,换用不同的定值电阻
该实验操作的正确顺序是 (填字母代号)。
A.①②③④ B.①②④③ C.②①④③ D.②①③④
(3)记录的实验数据如下表所示,第 次实验数据明显是错误的。
实验次数
1
2
3
4
5
电阻R/Ω
5
10
15
20
25
电流I/A
0.50
0.25
0.20
0.13
0.10
(4) 不改变接入电路电表的量程,为使五个定值电阻都能完成实验,定值电阻两端电压的控制范围为
V。
34.在探究“导体中的电流与电阻关系”的实验中,电源电压调为4.5V,滑动变阻器上标有“20Ω 2A”,定值电阻、、。
(1)小明连接的电路如图甲,电路还差一根导线没有连接,小华指出在连接最后一根导线之前,必须进行的一步操作是______。请用笔画线代替导线,将电路补充完整,要求滑片向左移,电流表示数变大;
(2)正确连接电路,闭合开关后发现,无论怎样移动滑片P,电流表的指针几乎不动,电压表指针明显偏转,若仅是导线连接点发生故障,则可能是导线______与的连接点接触不良;(选填“①”“②”或“③”)
(3)故障排除后,为完成本实验小明实验操作如下:
①将接入电路,闭合开关调节滑片P,使电流表的示数如图乙所示,电流表示数为______A,记录两电表示数;
②用替换,调节滑片P,使______(选填“电压”或“电流”)表示数不变,并记录两电表示数;
③用替换,闭合开关后发现无论怎样调节滑片P,都无法完成实验。此时,调节滑片P过程中,小明观察发现,电压表示数的最小值为______V;
(4)为完成上述③步骤的实验,小明应将电源电压调节到 V ~ V范围之内。
35.探究“通过电阻的电流与电阻大小的关系”时,我们一般需要先预设一个电压值,实验中保持电阻两端电压为这个预设值不变。现采用如图所示电路进行探究,器材:电源、滑动变阻器(20Ω 1A)、电流表、电压表、开关、三个定值电阻(5Ω、10Ω、20Ω)及导线若干,(两电表量程满足要求)。如果要获得三组实验数据
(1)若电源电压恒为6V,电压预设值范围为 。
(2)若电压预设值为2V,电源电压取值范围为 。
(3)若电源电压为9V,电压预设值为4V,则将滑动变阻器的最大阻值更换为≥ Ω,或将20Ω的定值电阻更换为≤ Ω。
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专题03 欧姆定律(实验部分)重难点分析
题型01 欧姆定律实验电路设计与研究方法
1.(24-25九年级上·江苏扬州·期末)在探究电流与电压关系的实验中,同学们设计了如下三种电路(如图):
(1) 甲同学认为图(b)电路比图(a)电路好,理由是图(b)电路 。乙同学认为图(c)电路比图(b)电路更好,理由是图(c)电路不仅能保持 不变,还能很容易改变 。
(2)本实验中滑动变阻器的作用是① ;② 。
【答案】(1)定值电阻能更好地保持电阻不变 电阻 改变定值电阻两端的电压;
(2)保护电路 改变定值电阻两端的电压多次实验,寻找规律
【详解】
(1)探究电流与电压关系的实验中,要保持电阻大小不变,而灯丝的电阻随温度的变化而变化,定值电阻能更好地保持电阻不变,故甲同学认为图(b)电路比图(a)电路好;丙图不仅能保持电阻阻值不变,还可以通过移动滑动变阻器的滑片改变定值电阻两端的电压;
(2)保护电路; 改变定值电阻两端的电压多次实验,寻找电流与电压的规律
2. (24-25九年级上·江苏苏州·期末)小明准备利用如图所示电路进行探究实验,以下能完成探究并得出定量关系的是( )
①保持R1滑片位置不变,移动R2滑片,探究电流与电压的关系
②保持R2滑片位置不变,移动R1滑片,探究电流与电阻的关系
③改变R1滑片位置后,移动R2滑片保持电压表示数不变,探究电流与电阻的关系
A.① B.② C.①② D.①③
【答案】A
【详解】①研究电流与电压的关系时,应控制定值电阻的阻值不变,通过滑动变阻器改变定值电阻两端电压和通过的电流。保持滑片位置不变,即其阻值不变,改变R2的阻值时,根据串联电路的电压分配原则,R1两端的电压会改变。同时,由于电路的总电阻改变,电路中的电流也会改变。电压表测其两端电压,电流表测其通过的电流。可以探究电流与电压的定量关系,故①正确;
②研究电流与电阻的关系时,应控制电阻两端的电压不变,改变定值电阻的阻值。保持R2滑片位置不变,通过移动R1滑片,可以使电压表的示数保持不变,但R1、R2的阻值未知,不能定量研究电流与电阻的关系,故②错误;
③改变R1和R2滑片的位置,两个变阻器的阻值大小发生改变,不知道具体电阻值的大小,无法探究电流与电阻的定量关系,故③错误。
综上所述,只有①能完成探究并得出定量关系。故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
3.(24-25九年级上·江苏淮阴·期末)小明和同学们在做电学实验过程中,他们经过讨论,依次改进了“探究电流跟电压的关系”的实验电路图,如图甲、乙、丙所示。下列说法正确的是( )
A.图甲改进为图乙:为保证实验过程中电压这一因素不变
B.图乙改进为图丙:实现多次实验,得到电流跟电压之间的定量关系
C.图丙:移动滑动变阻器的目的是保持电阻R两端电压不变
D.图丙:实验的结论是:电流跟电压成反比
【答案】B
【详解】
A.探究“电流与电压的关系”实验中,应控制电阻不变,而灯的电阻随温度的改变而改变,由图甲改进为图乙是为保证实验过程中电阻这—因素不变,故A错误;
B.由图乙改进为图丙是因为使用滑动变阻器既能保护电路,又能通过调节滑动变阻器的滑片使定值电阻R两端的电压改变,得到电流跟电压之间的定量关系,故B正确;
C.探究电流跟电压的关系实验中,需多次改变电流和电压的数值,移动滑动变阻器目的是改变电阻两端电压和通过电阻的电流,故C错误;
D.在“探究电流跟电压关系”的实验中,电阻不变时通过导体的电流与导体两端的电压成正比,故D错误。
故选B。
题型02 实验数据处理与分析(共3小题)
①数据分析法
4.(24-25九年级上·江苏高邮·期末)在探究“电流与电压、电阻的关系”的实验中,小明猜想“电流可能跟电压成正比”,于是小明利用如图所示电路,他保持定值电阻R1不变,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片P,记下几组电压值U1、U2、U3和对应的电流值I1、I2、I3。下列对数据的处理方法有助小明验证“猜想”的是( )
①计算对应电压与电流的比值,看比值是否为趋向定值
②在坐标系中画出电流与电压的关系图象,看图象是否符合正比例函数特点
③分别求出U1:U2:U3和I1:I2:I3,看两者是否近似相等
只有①B.只有①②C.只有②③D.①②③均可
【答案】D
【详解】猜想“电流可能跟电压成正比”,即寻找电流随电压的变化关系:
①计算对应电压与电流的比值,若比值趋向定值,则电流跟电压成正比,①正确;
②在坐标系中画出电流与电压的关系图象,若直线为过原点的直线,则电流跟电压成正比,②正确;
③分别求出U1:U2:U3和I1:I2:I3,若两者近似相等,则说明电流跟电压成正比,③正确。
故选:D。
5.(24-25九年级上·江苏镇江·期末)小组同学探究“欧姆定律”。
(一)小明探究“电流与电压的关系”。实验器材为:3节干电池(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代替导线完成电路连接,要求:电流表、电压表均使用大量程(测量时再选择合适的量程),电压表测量R0的电压。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移至 (A/B)端。
(3)闭合开关S,发现电流表无示数、电压表有示数,则电路故障可能是 。
A.R0处发生短路;B.R0处发生断路;C.Rx处发生短路;D.Rx处发生断路。
(4)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④时,电压表、电流表的示数如图乙所示,请将数据记录在表一内。
表一
实验序号
①
②
③
④
U/V
1.0
2.0
3.0
I/A
0.2
0.4
0.6
(5)分析实验数据,可得探究结论: 。
(二)小华利用如图甲所示的电路,附加数个阻值不同的定值电阻,探究“电流与电阻的关系”,测得实验数据如表二所示。
表二
实验序号
①
②
③
④
R/Ω
5
10
15
20
I/A
0.6
0.3
0.2
0.15
(6)小华完成实验①后,进行实验②,具体操作为:首先,断开开关S,将定值电阻由5Ω换成10Ω;接着,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片P时,眼睛应观察 表直至其示数为 。
(7)分析实验数据,可得探究结论: 。
【答案】
(1)如图所示;(2)B;(3)B;(4)4.0;0.8;(5)在导体电阻一定时,通过导体的电流与导体两端电压成正比;(6)电压表;3V;(7)在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。
【详解】
(1)将R0串联、电压表并联在R0两端即可,如图所示。
(2)滑片初始时应连接阻值最大的一端,即B端。
(3)电流表无示数判断为断路,电压表有示数判断其所在位置,即R0断路。
(4)根据乙图电表读数,得到电压为4.0V、电流为0.8A。
(5)分析实验数据,导体的电阻一定时,其电流与电压比值不变,即电流与电压成正比。
(6)探究“电流与电阻关系实验”中,应保持电压不变,故需要调节电压表,眼睛观察电压表直至电压表与之前示数相同。表中所控制电压为U=IR=0.6A×5Ω=3V,故电压表应调节至3V。
(7)分析实验数据,导体的电压一定时,其电流与电阻乘积不变,即电流与电阻成反比。
②图像分析法
6.(24-25九年级上·江苏无锡·期末)探究通过导体的电流与电阻的关系,用5Ω、10Ω、20Ω的三个定值电阻完成“探究通过导体的电流与电阻的关系”,电源电压为6V,滑动变阻器最大阻值为100Ω。
(1)请用笔画线代替导线将图甲所示电路连接完整(滑动变阻器的滑片向右移动时电流表的示数变大);
(2)先将5Ω的定值电阻接入电路,闭合开关后,电流表无示数,电压表有示数,故障可能是 ;排除故障后进行实验,移动滑动变阻器的滑片,当电流表的示数如图乙所示时记录数据,则本实验中设定的定值电阻两端的电压为 V;
(3)断开开关,将10Ω的定值电阻换成20Ω的定值电阻,闭合开关,应将滑动变阻器的滑片向
(选填“左”或“右”)端移动;移动滑片的过程中,眼睛应观察 表的示数。根据实验数据描绘出电流与电阻倒数的图像如图丙所示,由图像可知,电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成 比;
(4)本实验中,如果小明还想增加几个定值电阻增加试验次数,则能继续完成实验的定值电阻最大不得超过 Ω。
(5)实验过程中,电源电压不变,更换阻值不同的定值电阻R1,并调节滑动变阻器R2接入电路的阻值,记录每次实验中电压表示数U和电流表示数I,下列关于I、U、R1和R2的关系图像正确的是 。
【答案】(1)见解答图;(2)定值电阻断路;2;(3)左;电压;反;(4)50;(5)D。
【详解】
(1)滑片向右滑动时,电流表示数变大,说明滑动变阻器连入电路的电阻变小,故滑动变阻器右下接线柱连入电路中,如图所示:
。
(2)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,与电压表并联的定值电阻断路。由图甲可知,电流表的量程为0~0.6A,由图乙可知,电流表的分度值为0.02A,示数为0.4A,则定值电阻两端的电压为:UV=IR=0.4A×5Ω=2V。
(3)根据串联电路的分压原理可知,将定值电阻由10Ω换成20Ω的电阻,电阻增大,其分得的电压增大;探究电流与电阻的实验中应控制电压不变,根据串联电路电压的规律可知,为了保持定值电阻两端电压不变,应增大滑动变阻器分得的电压,由串联分压的分压原理可知,应增大滑动变阻器连入电路中的电阻,所以滑片应向左端移动,使电压表的示数不变。由图丙的电流与电阻倒数图象为一条过原点的直线可知,电压一定时,电流与电阻倒数成正比,结合数学知识可知,电压一定时,电流与电阻成反比。
(4)定值电阻两端的电压始终保持UV=2V,根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压:U滑=U﹣UV=6V﹣2V=4V,变阻器分得的电压为电压表示数的=2倍,根据分压原理,当滑动变阻器接入电路的阻值为100Ω时,定值电阻的阻值R=0.5R滑=50Ω;
(5)A、由串联电路特点和欧姆定律知,电路中电流I==,I与R2之间不是一次函数关系,故A错误;
B、由电路图知,电压表测R1两端电压,电流表测电路中电流,在探究电流与电阻关系时,应保持定值电阻两端电压一定,改变定值电阻的阻值大小,得到结论为导体两端电压一定,通过导体的电流与导体的电阻成反比,故B错误;
C、由控制变量法知,探究“导体中电流跟电阻的关系”时应控制R1两端电压保持不变,由于电源电压不变,根据串联电路电压规律,滑动变阻器R2两端电压也不变,故C错误;
D、探究“导体中电流跟电阻的关系”时应控制R1两端电压保持不变,根据串联电路电压的规律,滑动变阻器R2两端的电压也不变,由分压原理,两电阻之比为一定值,故图像为过原点的直线(或延长线过原点),故D正确;
故选:D。
7.(24-25九年级上·江苏南京·期末)小兵利用图1电路来探究电流与电阻的关系,他在实验中控制电压表示数为U0不变,相关器材规格已在图中标明。
(1)请用笔画线代替导线将电压表接入电路;
(2)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应置于图中最 (选填“左”或“右”)端;
(3)闭合开关,将电阻箱调至某阻值,调节滑动变阻器时,他发现电压表示数始终为零而电流表示数有明显变化,经检查是由于某处短路而造成的,被短路的是 ;
(4)小兵调节电阻箱阻值R,进行多次实验,所绘制的I与关系图线如图2所示,由此可知U0= V,实验结论是:在电压一定时, ;
(5)若由于电池电量不足,小兵换用4.5V电源后继续实验,进行了如下操作:
①将电阻箱阻值先调至4Ω进行实验,实验完成后断开开关;
②再将电阻箱阻值调至15Ω后,闭合开关进行实验;
则由于小兵在上述操作中的一个疏漏,将会导致 ;
(6) 小华利用图1电路和器材也对电流与电阻的关系进行了探究,在5Ω~25Ω范围内,他将电阻箱阻值R调至5个不同的值分别进行了实验,则他根据实验数据描点所绘制的I与关系图线不可能是图3中的
(选填“甲”或“乙”),理由是 。
【答案】
(1)见下图;(2)左;(3)电阻箱;(4)2;通过导体的电流与导体的电阻成反比;(5)滑动变阻器滑片未调至阻值最大位置,导致电阻箱两端的电压超过电压表量程;(6)乙;当电阻箱阻值为25Ω时,滑动变阻器的最大阻值不能满足图线乙所需控制不变的电压0.75V。
【详解】
(1)电压表应与待测电阻箱并联,且保证正进负出,由于电路中最大电压即电源电压为3V,因此电压表接线柱选择3V,实物图如下:
;
(2)为保证开关接通时用电器安全,滑动变阻器应调至最大阻值,即将滑片移动至最左端;
(3)电流表示数不为0,说明电路是短路,电压表示数为0,说明与电压表并联的部分短路,即电阻箱短路了;
(4)由图2中I与关系图线知,当电流为0.1A时,为0.05,则R=20Ω,U0=IR=0.1A×20Ω=2V;根据图像知,电流与导体电阻的倒数成正比,则电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比;
(5)断开开关,当把电阻箱的电阻从4Ω换为15Ω时,必须把滑动变阻器调到阻值最大处的位置,如果没有调,使得电阻箱分得的电压过大,会超过电压表的量程;
(6)对于图3乙图线,当电阻为5Ω是,倒数为0.2,对应的电流为0.15A,则电阻箱两端的电压U′0=I′R′0=0.15A×5Ω=0.75V,此时滑动变阻器两端的电压为3V﹣0.75V=2.25V,此时滑动变阻器两端的电压为电阻箱两端电压的3倍,滑动变阻器接入电路的电阻也为电阻箱接入电路的3倍,当电阻箱接入电路的电阻是25Ω时,滑动变阻器接入电路的电阻必须调到75Ω才能满足要求,而滑动变阻器的最大电阻只有50Ω,因此此图线不可能是实验测量的。
8.(24-25九年级上·江苏兴化·期末)小明利用图甲的电路探究“通过导体的电流与电阻的关系”,根据实验的数据绘出了I﹣1/R图象,如图乙,由图可知( )
A.定值电阻两端电压控制为2V不变
B.当电流为0.2A时,电阻R为0.1Ω
C.当滑片向右移时,电压表数变大
D.当电流分别为0.25A和0.5A时,接入电路的导体的电阻之比为1:2
【答案】A
【详解】
(1)由图象可知,当电流为0.1A时,=0.05Ω﹣1,此时导体的电阻R=20Ω;
由图象可知,I与成正比,则导体两端的电压不变,
由I=可得,小明控制导体两端的电压:
U=IR=0.1A×20Ω=2V,即定值电阻两端电压控制为2V不变,A正确;
(2)当电流为0.2A时,=0.1Ω,R=10Ω,B错误;
(3)当滑片向右移时,变阻器连入电路的电阻变大,由串联电阻的规律,串联的电阻变大,根据欧姆定律,电路中的电流变小,根据U=IR,电压表数变小,C错误;
(4)因定值电阻两端电压控制不变,根据U=IR,电流与电阻成反比,
===,即电阻之比为2:1,D错误。
故选:A。
9.(24-25九年级上·江苏靖江·期末)小军利用图1电路探究电流与电阻的关系,所用器材规格已在图中标明.
(1)请用笔画线代替导线将电路连接完整,使滑片P向左移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大;
(2)完成连接后进行实验.闭合开关前,滑片P应置于最___(选填“左”或“右”)端;
(3)实验中,若无论如何调节滑动变阻器,电流表的示数几乎为零,电压表示数始终为3V.经检查发现是某根导线出现了断路,该导线是___(选填导线编号);
(4)测量结束后,应先___,拆除___两端导线后,再拆除其他导线并整理好器材;
(5)将电流表示数记为I,电阻箱和滑动变阻器接入电路的阻值分别记为R1和R2.小军根据实验数据绘制的I与R1的倒数之间的关系图线如图2所示.
①根据图2可得出“在电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成___”的实验结论;
②下列四个选项中,能正确反映I与R2的倒数之间关系的是___,你判断的理由是:___.
【答案】
(1)见下图;(2)左;(3)②;(4)断开开关;电源;(5)①反比;②A;滑动变阻器两端的电压保持1V不变。
【详解】
(1)滑片向左移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大,故变阻器滑片以右的电阻丝连入电路中,如下所示:
(2)为了保护电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片调到阻值最大处,即最左端;
(3)电流表无示数,电路断路。电压表示数为3V,测电源电压,与电源连通,所以电压表并联的那部分断路,所以导线②断路。
(4)为了保护电路,实验结束后,应先断开开关,先拆除电源两端导线后,再拆除其他导线并整理好器材;
(5)①根据图2描出的图象,电流与导体电阻的倒数成正比,则电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比;
②由图2知电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比,即U=IR=0.1A×=2V,
根据串联电路电源压的特点知:滑动变阻器两端的电压保持不变,为3V﹣2V=1V;
则电流与滑动变阻器的阻值成反比关系,则I与的图象关系是A图所示图线。
10.(24-25九年级上·江苏如皋·期末)用图甲所示电路“探究电流与电阻的关系”。电源电压为4.5V不变,滑动变阻器规格为“20Ω 1A”,有4Ω、6Ω、8Ω、10Ω、12Ω的定值电阻各一个。
(1)用笔画线代替导线把图甲电路连接完整,要求:当滑片P向左滑动时,变阻器接入电路的电阻变大;
(2)连接电路时,开关应该 (选填“断开”或“闭合”);
(3)先接入12Ω定值电阻,闭合开关,移动变阻器的滑片P移至合适位置,电压表的示数如图乙所示,示数为 V,记下电流表的示数。断开开关,将12Ω电阻换成10Ω后,闭合开关,移动变阻器的滑片P使 表的示数与前一次相同,记录相关数据;
(4)依次改变电阻R的阻值,共测得五组实验数据,根据实验数据,在图丙的坐标系中描绘出I﹣R图象为曲线A;
①由图象可得出的结论是: ;
②根据上面所测的五组实验数据,把每次实验时记录的电流值和对应变阻器RP的阻值,在图丙坐标系中描成点,将这些点绘成曲线B,发现曲线B与曲线A (选填“有交点”或“无交点”),其原因是 ;
【答案】
(1)见下图(2)断开;(3)2.4;右;电压;(4)电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比;无交点;对每一个电流值,变阻器RP的阻值是定值电阻的阻值倍数不变,二者阻值不相等。
【详解】
(1)由题知滑片P向左滑动时,变阻器接入电路的电阻变大,因此应该用导线连接到滑动变阻器的右下方接线柱,且在此探究实验中电压表应并联在定值电阻两端,保证电流“正进负出”,据此完成电路连接,如下图所示:
;
(2)连接电路时,开关应该断开;
(3)先接入12Ω定值电阻,闭合开关,移动变阻器的滑片P移至合适位置,电压表用的小量程,分度值为0.1V,示数为2.4V,记下电流表的示数。
断开开关,将12Ω电阻换成10Ω后,定值电阻两端电压减小,根据探究电流与电阻关系,必须控制电压不变,闭合开关,向右移动变阻器的滑片P,使电压表的示数与前一次相同,记录相关数据;
(4)由图象可知,0.6A×4Ω=0.4A×6Ω=0.3A×8Ω=0.2A×12Ω=2.4V;可得出的结论是:电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比;
因为电源电压不变,而定值电阻的电压保持不变,滑动变阻器的电压也不变,根据串联分压规律知,因而各次实验中,定值电阻和滑动变阻器的阻值倍数关系保持不变,因而对每一个电流值,变阻器RP的阻值始终是定值电阻的阻值倍数不变,则把每次实验时记录的电流值和对应变阻器RP的阻值,在图丙坐标系中描成点,将这些点绘成曲线B,发现曲线B与曲线A平行,二者阻值不相等,因而两者无交点。
③面积分析法
11.(24-25九年级上·江苏江阴·期末)在“探究电流与电阻关系”的实验中,实验器材有:电源(电压恒为4.5V)电流表、电压表、滑动变阻器和开关各一个,阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻五个,导线若干。
(1)请用笔画线代替导线将图甲所示实验电路连接完整;
(2)断开开关S,小明用10Ω的电阻替换5Ω的电阻后,接下来闭合开关后应,调节滑动变阻器,使 的示数保持不变,再观察与记录电流表的示数;
(3)图乙是根据实验数据画出的I﹣R图像,其中阴影面积对应的物理量是 ;
(4)根据图像,所得实验结论是: 。
【答案】
(1)见解答图;(2)调节滑动变阻器,使电压表的示数保持不变;(3)定值电阻两端的电压;(4)电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
【详解】
(1)根据图乙中的数据知电流表应选用小量程,然后将电流表串联接入电路中,如下图所示;
(2)探究电流与电阻的实验中应控制不同定值电阻两端的电压不变,所以小明用10Ω的电阻替换5Ω的电阻后,接下来闭合开关后应调节滑动变阻器,使电压表的示数保持不变;
(2)根据画出I﹣R图象(如图乙)知,图中阴影面积为长方形,其面积等于IR,由欧姆定律得,U=IR,所以阴影面积表示的物理量是电阻两端的电压;
(4)由图像可知,导体的电阻增大,通过导体的电流减小,通过导体的电流与导体的电阻的乘积保持不变,故可得出结论:电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
题型03 探究“电流与电阻的关系”实验中调不到预设电压的原因分析和处理方法
①运用串联分压规律求解滑动变阻器的最大阻值
12.(24-25九年级上·江苏邗江·期末)在“探究电流与电阻关系”实验中,老师提供了两节新干电池、电流表、电压表、开关、两个滑动变阻器(规格“10Ω 1A”和“20Ω 0.5A”),阻值为10Ω、20Ω、25Ω的定值电阻各一个,以及导线若干。
(1)请根据图甲,用笔画线代替导线将实物图(图乙)连接完整。(要求导线不交叉;当滑片向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大)。
(2)闭合开关后,发现电压表无示数,电流表有示数,其原因可能是定值电阻_______(断路/短路)。
(3)排除故障后,更换不同电阻进行实验,测得数据填入下面表格,第一次实验时,电流表的示数如图丙所示。当取下10Ω的定值电阻,换接上20Ω的定值电阻时,为了控制定值电阻两端的电压为_______ V不变,应将滑动变阻器的阻值调为_______Ω;
实验序号
1
2
3
电阻R/Ω
10
20
25
电流I/A
010
0.08
(4)由表中数据可知,导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成_______(正比/反比);
(5)根据表格数据判断,实验中选用的滑动变阻器可能是 (A/B);
A. “10Ω 1A” B. “20Ω 0.5A”
(6)当把50Ω的电阻接入电路时,发现无论怎样调节滑片都不能使电压表示数为U。为保证这个电阻接入电路中完成实验,可以将滑动变阻器换成最大阻值至少________Ω的变阻器。
【答案】(1) (2)短路
(3) ①. 2 ②. 10
(4)反比 (5)B
(6) 25
【详解】
【小问1详解】
根据要求,滑片向右移动时滑动变阻器接入电路的阻值变大,所以应将滑动变阻器的左下接线柱接入电路。连接如下
【小问2详解】
闭合开关后,电流表有示数说明电路是通路,电压表无示数,因为电压表测定值电阻两端电压,所以其原因可能是定值电阻短路。
【小问3详解】
[1]由图丙可知,电流表选用小量程,分度值为0.02A,示数为0.2A。根据第一次实验时定值电阻两端电压U=0.2A×10Ω=2V
[2]当取下10Ω的定值电阻,换接上20Ω的定值电阻,要保持电阻两端电压为2V不变。此时电路中电流
根据串联电路电压规律,滑动变阻器两端电压
则滑动变阻器接入电路的阻值
【小问4详解】
由表中数据可知,电阻与电流的乘积为定值(10Ω×0.2A =20Ω×0.1A=25Ω×0.08A=2V),即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。
【小问5详解】
由表中第3组数据,此时电阻两端电压为2V,电流为0.08A,滑动变阻器两端电压为3V-2V=1V,则滑动变阻器接入电路的阻值
所以实验中选用的滑动变阻器B。
【小问6详解】
当把50Ω的电阻接入电路时,要保持电阻两端电压为2V不变,此时电路中电流
滑动变阻器两端电压为1V,则滑动变阻器需要接入的阻值
所以变阻器换成最大阻值至少25Ω的变阻器。
②运用串联分压规律求解定值电阻的范围
13.(24-25九年级上·江苏高邮·期末)如图所示,是探究“电流与电阻的关系”实验电路图,电源电压保持3V不变,滑动变阻器的规格是“10Ω 1A”。实验中,先在A、B两点间接入5Ω的电阻,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,使电压表的示数为2V,读出并记录下此时电流表的示数。接着需要更换A、B间的电阻再进行两次实验,为了保证实验的进行,应选择下列的哪两个电阻( )
A.10Ω和40Ω B.20Ω和30Ω C.10Ω和20Ω D.30Ω和40Ω
【答案】C
【详解】
探究“电流与电阻的关系”实验中应控制电阻两端的电压即电压表的示数不变,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:U滑=U﹣UR=3V﹣2V=1V,
因串联电路中各处的电流相等,所以,根据欧姆定律可得:
====,
当滑动变阻器接入电路中的电阻为10Ω时,定值电阻的最大阻值:
Rmax=2R滑max=2×10Ω=20Ω,
即定值电阻的最大阻值不能超过20Ω,
结合选项可知,ABD不符合,C符合。
故选:C。
14.(24-25九年级上·江苏徐州·期末)某兴趣小组同学探究电流与电压、电阻的关系。实验中电流表的量程“00.6A”,电压表的量程为“03V”,滑动变阻器的规格为“30Ω,1A”,电源电压3V保持不变。将电阻箱R接入AB之间进行实验探究。
(1)如图甲所示,连接电路后,闭合开关,发现电压表和电流表出现如图乙所示的现象,可能出现的电路故障为______;
(2)排除故障后,他们先将电阻箱调至5Ω不变,探究电流与电压的关系,调节滑动变阻器,测量并记录了5组数据,在图丙中相应描出了5个点,请根据5个点画出定值电阻的I—U图像______;
(3)分析图丙的I—U图像,可得出结论:______;
(4)接着他们探究电流与电阻的关系,控制电阻箱两端的电压为2V不变,他们首先将电阻箱调至5Ω,测出电流。断开开关后,接着将电阻箱调至10Ω,继续操作有以下四步:①闭合开关;②将滑动变阻器的滑片移到最右端;③记录电流表示数;④将滑动变阻器的滑片移到适当位置,从安全和规范角度考虑,正确的顺序是______(填序号),上述操作④中判断滑片已处于“适当位置”的依据是______;
(5)要完成第(4)小题探究电流与电阻关系的实验,且电阻箱R可以组成09999Ω范围内各种整数的电阻值,则电阻箱可接入的阻值范围是____Ω______Ω。
【答案】
(1)电阻箱断路;(2)如上图所示;(3)在电阻一定时,通过定值电阻的电流与其两端的电压成正比;(4)②①④③;电压表示数为2V;(5)4Ω~60Ω。
【详解】
(1)由图乙可知,电压表的示数等于电源的电压,电流表无示数,说明电压表并联部分断路,即能出现的电路故障为电阻箱断路;
(2)根据描出的点用直线将各点拟合,得出图像如下图所示:
(3)由图丙可知,通过定值电阻的电流与其两端的电压是正比例函数图像,故可得结论:在电阻一定时,通过定值电阻的电流与其两端的电压成正比;
(4)断开开关,改接另一个定值电阻后,从安全和规范角度考虑,应先把滑动变阻器的滑片调至阻值最大处,然后闭合开关,滑片移到适当位置,记录电流表的示数,故正确的顺序为②①④③;
探究电流与电阻的关系时应控制电阻两端的电压不变,当电压表的示数达到2V时,滑动变阻器的滑片移到适当位置;
(5)由串联电路的电压特点和分压特点可得===,
由电流表量程为0~0.6A时,电路的总电阻最小,电阻箱接入电路中的电阻最小,
此时电路的总电阻R总===5Ω,
根据电阻的串联可得,R总=R小+R滑=R小+R小=R小=5Ω,则R小≈3.3Ω,
因电阻箱R可以组成0~9999Ω范围内各种整数的电阻值,
所以,为保护电路,电阻箱接入电路中的最小阻值为4Ω;
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时,电阻箱接入电路中的电阻最大,则R大=2R滑大=2×30Ω=60Ω,
所以,电阻箱可接入的阻值范围是4Ω~60Ω。
③运用串联分压规律求解预设电压的范围
15. (24-25九年级上·江苏苏州·期末)探究“电流与电压的关系”实验中,已知电源电压恒为4.5V,滑动变阻器规格为“40Ω1A”,电流表量程为“0~0.6A”,电压表量程为“0~3V”。
(1)如图甲,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应移到最______(选填“左”或“右”)端;
(2)实验前,电流表指针如图乙,其原因是______;
(3)排除故障后,调节滑片P,测出通过定值电阻R的电流和对应的电压值,绘制出I—U图象(图丙a);接着将电阻换成小灯泡,重复上述过程,绘制出I—U图象(图丙b),则图像中三处电阻、、中最小的是______;
(4)实验完成后,用该装置探究“电流与电阻的关系”,可供选择的电阻分别为4Ω,8Ω、12Ω、16Ω和20Ω;
①将4Ω电阻连入电路,闭合开关,适当调节滑片P,读出电流表的示数I1为0.4A,记录数据;
②断开开关,将4Ω电阻换成8Ω电阻接入电路,正确操作后,读出电流表示数I2为______A,记录数据,此时变阻器接入电路中的电阻是______Ω;
③······;
④若分别将五个电阻单独换入电路都能完成实验,控制不变的电压值应该不低于______V,不高于______V。
【答案】 ①. 左 ②. 电流表没有调零 ③. ④. 0.2 ⑤. 14.5 ⑥. 1.5 ⑦. 2.4
【详解】(1)[1]闭合开关前,为了各元件安全,滑动变阻器应位于阻值最大处,即滑片应移到最左端。
(2)[2]闭合开关前,发现电流表指针如图乙,原因是电流表没有调零。
(3)[3]由图丙可知,a图线是定值电阻的图象,所以B点电阻与a、b相交处电阻相等,由b图线可知,灯泡两端的电压变大时,电流变大,但电压增大比电流增大得更快,根据欧姆定律可知,灯泡的电阻增大,所以
即
所以图像中三处电阻、、中最小的是。
(4)②[4][5]探究电流与电阻的关系的实验中,要控制定值电阻两端的电压不变,由题意可知,定值电阻两端的电压为
此时电路中的电流
变阻器两端的电压
变阻器接入电路的电阻
④[6][7]由电流表量程为“0~0.6A”可知,电路中的最大电流为0.6A,定值电阻接4Ω时,其两端的电压
所控制的电压不能超过2.4V,小于3V,符合题意;当滑动变阻器移到最大阻值,定值电阻接20Ω时,此时电路中的电流最小,最小电流
此时定值电阻两端的电压
此时所控制的电压为1.5V,当控制电压小于1.5V时,接20Ω的定值电阻,移动滑动变阻器的滑片无法使电压表的示数达到所控制的电压,所以所控制的电压最小不能小于1.5V,最大不能超过2.4V。
④运用串联分压规律求解电源电压的范围
16.(24-25九年级上·江苏泰兴·期末)小明同学在“探究通过导体的电流与电阻的关系”时,他用如图所示的电路进行实验,可供选择的定值电阻R分别为:2.5Ω、5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω。实验中电阻R两端的电压始终保持3V不变,滑动变阻器的规格为“15Ω 1A”。
(1)图中有一根导线连接错误,请在该导线上画“×”并在图上改正。(所画的导线用实线且不能交叉)
(2)改正错误后,闭合开关,小明发现电流表示数为0,电压表示数很大,故障原因可能是 。
(3)实验中,不能被选用的电阻R为 Ω。
(4)小明记录实验数据如表所示:
实验次数
1
2
3
4
电阻R/Ω
5
10
15
20
电流I/A
0.6
0.3
0.2
0.15
分析实验数据可得实验结论是: 。
(5) 为了保证选用的电阻R均能正常进行实验,电源电压的控制范围是 V ~ V。
【答案】
(1)如解答图;(2)R断路;(3)2.5;(4)电阻两端的电压一定时,导体的电流与电阻成反比;(5)3V~4.8V。
【详解】
(1)电压表应并联在定值电阻的两端,可将定值电阻的左接线柱和电压表的“﹣”接线柱相连,如图所示:
(2)闭合开关后,小明发现电流表示数为0,电路可能断路,电压表示数很大,则电压表与电源连通,故障原因可能R断路;
(4)当电压表示数U1=3V,若用R1=2.5Ω电阻,由欧姆定律,电路中的电流:
I大===1.2A,
滑动变阻器的规格为“15Ω 1A”,表示变阻器允许通过的最大电流为1A,故2.5Ω电阻不能用;
(3)实验中电阻R两端的电压始终保持3V不变,故电源电压最小为3V;
由题意知,滑动变阻器的最大阻值为15Ω,定值电阻的最大电阻为25Ω,
由串联电路的规律及分压原理有:
=,方程左边为一定值,故右边也为一定值,当变阻器连入电路的电阻最大时,对应的定值电阻应最大,此时电源电压最大,
即=,
故最大电源电压为:U=3V+1.8V=4.8V,所以电源的电压只能在3V到4.8V之间;
(5)横向分析实验数据知,电阻增大为原来的几倍,通过的电流减小为原来的几分之一,故可得实验结论是:电阻两端的电压一定时,导体的电流与电阻成反比。
⑤运用串联分压规律求解串联一个定值电阻的范围
17.(24-25九年级上·江苏南京高淳·期末)实验初中物理兴趣小组的小华和小舒同学为“探究电流与电压、电阻的关系”,在实验室找来了以下实验器材:学生电源(电压恒为4.5V),滑动变阻器(“20Ω,1A”),阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻各一个,电流表量程为0~0.6A,电压表量程为0~3V、开关各一只,导线若干。
(1)实验时小华设计了如图甲所示的电路图,并连接成图乙所示的实物图。他将滑动变阻器的阻值调到最大,若闭合开关,则乙图中 无示数(选填“电流表”或“电压表”),这是因为乙图中有一根导线连接错误,请在该导线上打“×”,并画出正确的连线。
(2)正确连接电路后,小华接入10Ω的定值电阻进行“电流与电压关系”实验的探究,得出3组实验数据记录在表1中,对数据进行分析后可得出实验结论是:当电阻一定时,电流与电压成比 (选填“正”或“反”)比。
表1: 表2:
实验次数
1
2
3
4
电阻
5
10
15
20
电流
0.4
0.2
0.13
实验次数
1
2
3
电压
1.5
2
2.5
电流
0.15
0.2
0.25
(3)接下来小舒分别接入不同阻值的定值电阻探究“电流与电阻的关系”。他先用5Ω的定值电阻进行实验,闭合开关S后,移动滑片P,控制定值电阻两端的电压为2V;断开开关后,保持滑片P位置不变,用10Ω的定值电阻替换5Ω,再次闭合开关后,发现电压表示数如图丙所示为 V,此时应向 (选填“左”或“右”)移动滑片P才能达到实验要求。
(4)小舒更换其他电阻,继续完成实验,测得数据记录在表2中,其中第4组数据未完成收集。同组小华对实验进行修改,重新实验,只在图甲中 (选填“a”或“b”)点串联一个定值电阻,其他条件不变且除更换定值电阻外,不拆装其他部分,顺利收集了4组数据,小华应在图甲电路串联的定值电阻的阻值范围为 Ω~ Ω。
【答案】(1)[1]电流表[2]
(2)正(3) 2.7 右(4) b 5~6.25
【详解】(1)[1]分析图乙可知,电流表、电压表和滑动变阻器串联后与定值电阻并联,由于电压表的内阻很大,闭合开关后,会导致电流表没有电流流过(相当于电流表所在支路断路),故电流表无示数;由于电压表两接线柱与电源两极是相通的,故电压表有示数。
[2]将电流表与滑动变阻器、定值电阻等串联,将电压表与定值电阻并联,如图所示:
(2)由表1实验数据可知,在电阻一定时,导体两端的电压增大为原来的几倍,通过导体的电流也增大为原来的几倍,即电压与电流的比值是一定的。故可得:在电阻一定时,电流与电压成正比。
(3)[1][2]由图丙可知,电压表接“0~3V”量程,分度值为0.1V,其示数为2.7V>2V;在探究“电流与电阻的关系”时,应保持定值电阻两端的电压不变。根据串联电路分压的原理可知,应增大滑动变阻器接入电路的电阻,以分担更多的电压,从而能使定值电阻两端的电压减小为2V,故用10Ω的定值电阻替换5Ω的定值电阻后,应把滑动变阻器的滑片P向右移动。
(4)[1][2]分析表2的数据可知,定值电阻两端的电压保持为
根据串联电路电压的规律可知,滑动变阻器两端的电压为U滑=U-UV=4.5V-2V=2.5V,滑动变阻器分担的电压是定值电阻分担电压的1.25倍,要能够顺利完成表2中第4次实验,根据串联电路分压原理可知,当接入20Ω的定值电阻时,滑动变阻器接入电路中的电阻应为
而实验中提供的滑动变阻器的最大阻值为20Ω,故为了完成实验,应该在图甲中的电路中的b点串联一个阻值最小为的定值电阻,相当于使滑动变阻器的最大电阻变为25Ω;如果在a点串联一个电阻,相当于定值电阻增大了,为了保证定值电阻的电压不变,则需要增大滑动变阻器的电阻,依据题中的滑动变阻器的规格无法完成实验,故不能在a点串联一个电阻;当滑动变阻器接入电路的阻值为0时,在b点串联的电阻最大,由串联分压规律可得,解得R最大=6.25Ω,故串联的定值电阻的阻值范围5~6.25Ω。
题型04 测量定值电阻与小灯泡电阻实验的比较
①伏安法测量定值电阻的阻值(数据处理:电阻差异主要由温度导致,求平均值减小误差)
18.(24-25九年级上·江苏泰州高港·期末)在“测量定值电阻的阻值”的实验中:
(1)本实验的原理为 ;
(2)根据图甲连接实物电路时,开关要处于 (选填“断开”或“闭合”)状态,滑动变阻器的滑片P应该移到最 (选填“左”或“右”)端,1处应接 (选填“电流”或“电压”,下同)表,2处应接 表;
(3)本实验中滑动变阻器的作用是① ;② ;
(4)实验过程中得到的部分数据如表所示。第3次测量时,电流表的示数如图乙所示,请将读数填入表格中 。多次测量的目的是 ;
实验次序
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
电阻的平均值/Ω
1
0.8
0.16
5
2
1.6
0.32
5
3
2.4
___________
(5)本实验所测得未知电阻的阻值为 Ω。
【答案】(1)
(2) 断开 右 电压 电流
(3) 保护电路 见解析
(4) 0.48 求平均值以减小误差
(5)5
【详解】(1)实验原理是通过测量电阻两端的电压和通过电阻的电流来计算电阻,故实验原理为
(2)[1][2][3]为了保护电路,连接实物电路时,开关要处于断开状态,滑动变阻器的滑片P应移到最大阻值处,即最右端。电流表应与定值电阻串联,故2处应接电流表,电压表应与定值电阻并联,故1处应接电压表。
(3)[1][2]滑动变阻器在实验中有两个作用,一是保护电路,防止电路中电流过大损坏元件,二是改变待测电阻两端的电压和电路中的电流,进行多次实验。
(4)由图乙可知,电流表的量程是0~0.6A,分度值是0.02A,电流表的示数为0.48A,多次测量的目的是为了求平均值从而减小实验误差。
(5)第3次实验中未知电阻的阻值为
本实验所测得未知电阻的阻值
②伏安法测量小灯泡的电阻(数据处理:电阻差异主要由温度导致,不可以求平均值)
19.(24-25九年级上·江苏吴江·期末)小静用如图甲所示电路做“伏安法测量小灯泡电阻”的实验,小灯泡标有“2.5V”字样。
(1)图甲电路中有一根导线连接错误,请在该导线上打“×”,并用笔画线代替导线补画出正确的连线(所画导线不能交叉)。
(2)电路连接正确后,闭合开关前应先将滑动变阻器的滑片移到最 (选填“左”或“右”)端,目的是防止电路中 过大而损坏电路。
(3)闭合开关后,发现小灯泡不亮,接下来首先应该进行的操作是 (填序号)。
A.检查导线连接是否良好
B.移动滑动变阻器的滑片观察小灯泡是否发光
C.更换小灯泡
(4)闭合开关,移动滑片,直至电压表的示数为2.5V,小灯泡正常发光,电流表的示数如图乙所示,此时小灯泡的电阻为 Ω。
(5)接着,小静同学又测量了2V和1V电压下该小灯泡的电阻,并将以上三次电阻取平均值作为小灯泡的电阻。她的这种做法是 (选填“正确”或“错误”)的,理由是 。
【答案】
(1)见解答;(2)右;电流;(3)B;(4)5;(5)错误;灯丝的电阻随温度的变化而变化。
【详解】
(1)原电路图中,灯泡和滑动变阻器并联,电压表串联在电路中是错误的,在“伏安法测量小灯泡电阻”的实验中,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)为了防止电路中电流过大而损坏电路,闭合开关前,应先将滑动变阻器的滑片调到阻值最大处,即最右端;
(3)闭合开关S后,发现小灯泡不亮,可能是电路中电阻太大,导致电路中电流过小,接下来首先应该的操作是移动滑动变阻器的滑片观察小灯泡是否发光,如果小灯泡还不发光,再检查导线连接是否良好,如果还不发光,可能是小灯泡坏了,再更换小灯泡,故选:B;
(4)当灯泡两端电压为额定电压时,即电压表的示数为2.5V,小灯泡正常发光;
小灯泡正常发光,电流表的示数如图乙所示,电流表选用小量程,分度值0.02A,其示数为0.5A,则小灯泡的电阻为:
R===5Ω;
(5)灯丝的电阻随温度的变化而变化,不同电压下,灯丝的电阻不同,求灯丝电阻的平值均没有意义,故这种做法是错误的。
③伏安法测量“3.8V”小灯泡正常发光时的电阻(数据处理:电阻差异主要由误差导致,可以求平均值减小误差)
20.(24-25九年级上·江苏昆山·期末)为测定标有“3.8V”字样小灯泡正常发光时的电阻(约为10Ω),小明设计了如图甲所示的电路,电源电压6V保持不变,滑动变阻器规格为“20Ω,1A”。
(1)他发现电路中有一根导线连接错误,请在该导线上画上“×”,用笔画线代替导线,画出正确的连线。
(2)正确连接电路后,闭合开关发现小灯泡不亮,电压表有示数、电流表无示数,移动滑动变阻器时两表示数没有变化,发生这种现象的原因可能是 。
(3)排除故障后,接着继续用上述电路测该小灯泡正常发光时的电阻。
序号
电压表示数/V
电流表示数/A
电阻/Ω
正常发光时电阻RL/Ω
1
3.8
0.38
10
RL==9.67
2
3.8
0.40
9.5
3
3.8
0.40
9.5
①该小组数据处理的过程是否正确? ,为什么? 。
②小明看了上述实验测量后发现,这样测量小灯泡正常发光时的电阻,误差较大,于是他想到将电压表并联到 的两端,并移动滑动变阻器,使电压表示数为 V,此时观察到电流表示数如图乙所示,则小灯泡正常发光时的电阻为 Ω。
【答案】
(1)见解答;(2)灯泡断路;(3)①正确;因为三次测量是同一个灯泡同一状态下的电阻,可以将计算结果进行取平均来减小误差;②滑动变阻器;2.2;10。
【详解】
(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,在测小灯泡正常发光时的电阻实验中,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)正确连接电路后,闭合开关发现小灯泡不亮,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,即发生这种现象的原因可能是灯泡断路;
(3)①该小组数据处理的过程是正确的,因为三次测量是同一个灯泡同一状态下的电阻,可以将计算结果进行取平均来减小误差;
②当灯泡正常发光时其两端电压为3.8V,根据串联电路电压规律,滑动变阻器两端电压为6V﹣3.8V=2.2V<3V,因此为了减小误差,可以将电压表小量程并联在滑动变阻器两端,当电压表示数为2.2V时灯泡正常发光;
由图甲可知,电流表选用小量程;此时观察到电流表示数如图乙所示,电流表分度值0.02A,其示数为0.38A,即灯泡的额定电流为0.38A,则小灯泡正常发光时的电阻为:
R===10Ω。
21.在“伏安法测电阻”的实验中,有两名同学分别选用定值电阻和小灯泡作为测量对象,在处理实验数据时,画出了定值电阻和小灯泡的U﹣I图象,分别如图甲、乙所示,则对于图象的分析,以下说法错误的是( )
A.由图甲可知,定值电阻的阻值为1Ω
B.由图甲可知,定值电阻的阻值不随它两端的电压和通过它的电流的改变而改变
C.由图乙可知,小灯泡的电阻跟灯丝的温度有关
D.为了减小误差,应该用多次测量取平均值的方法测定小灯泡的电阻
【答案】D
【详解】D
AB、根据图甲可知,电流与电压成正比,因此该电阻为定值电阻,电阻是导体自身的性质,它不随导体两端的电压和导体中的电流改变而改变;
根据图示可知,当电阻两端电压为3V时,通过的电流为3A,由I=可知定值的电阻:R===1Ω,故A、B正确;
C、由乙图可知,电流与电压不成正比,即当灯泡两端电压发光改变时,灯泡的阻值也随之发生变化,因此小灯泡的电阻跟灯丝的温度有关,故C正确;
D、测定小灯泡的电阻时,多次测量是为了寻找灯丝电阻与温度的关系,不能求平均值减小误差,故D错误。
故选:D。
22.探究“电流与电阻的关系”时,我们一般需要先预设一个电压值,实验中保持电阻两端电压为预设值不变,现采用如图所示电路进行探究,器材:学生电源(6V)、滑动变阻器(20Ω,1A)、电流表、电压表、开关、三个定值电阻(5Ω、10Ω、20Ω)及导线若干,以下说法正确的是( )
A.电压预设值越大,在获得3组实验数据过程中,滑动变阻器阻值调节范围越小
B.要获得3组实验数据,电压预设值范围可以为1V﹣4V
C.要获得3组实验数据,电压预设值范围可以为1.5V﹣5V
D.实验电压预设值为2V.要获得3组实验数据,要更换最大阻值为30Ω的滑动变阻器
【答案】A
【详解】
A、电压预设值越大,电路中电流越大,变阻器两端电压越小,由欧姆定律可知,变阻器连入阻值越小,滑动变阻器阻值调节范围越小。故A正确;
BC、由图知,R与变阻器串联,电压表测R两端电压,电流表测电路中电流,
当定值电阻最大R=20Ω,当电压预设值最小为1.5V时,由欧姆定律,电路中电流最小:
I最小=IR===0.075A,
由串联电路特点和欧姆定律可得,此时变阻器接入电路中的电阻最大:
R滑最大====60Ω>20Ω,
所以此预设电压值不正确,即C错误;
设电压表示数为UV,根据串联电路电压的规律和分压原理有:=,即﹣1=
等式左边为一定值,右边也为一定值,故当R取最大值时,变阻器对应为15Ω,
即﹣1=,
故电压表控制的最小电压为UV=3V;
滑动变阻器(20Ω,1A)、即电路中允许通过的最大电流为1A,此时电路中的电阻最小,由欧姆定律,电阻的最大电压为:
U=IR小=1A×5Ω=5V,故要获得3 组实验数据,电压预设值范围为3﹣5V;故B错误;
D、实验电压预设值为2V时,当R=20Ω时,变阻器需连入阻值最大,
由欧姆定律,此时电路中电流:
I===0.1A,
由欧姆定律,此时变阻器连入电路的阻值:
R===40Ω,故D错误。
故选:A。
23.小海按如图做了一系列实验,实验记录如表格所示,下列能正确表示“电流、电压和电阻关系”的是( )
U1=1V
U2=2V
U3=3V
第一组R1=5Ω
0.2A
0.4A
0.6A
第二组R2=10Ω
0.1A
0.2A
0.3A
第三组R3=20Ω
0.05A
0.1A
0.15A
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】
由图知,R、滑动变阻器、电流表串联在电路中,电压表测R两端电压,
由控制变量法知,
探究“导体中电流跟电压的关系”时应控制R阻值不变,
探究“导体中电流跟电阻的关系”时应控制R两端电压保持不变,
由题目中表格知:当电阻阻值不变时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比;
当定值电阻两端的电压不变时,导体中电流跟导体的电阻成反比,即I﹣U图象为正比例函数,I﹣R图象为反比例函数
AB、AB都是I﹣U图象,且I﹣U图象都是正比例函数,但由于R1<R2<R3,R1的斜率应最大,R3的斜率应最小,故A正确,B错误;
C、C是I﹣R图象,应是反比例函数,但C选项中图象是正比例函数,故C错误;
D、D选项是I﹣R图象,是反比例函数,但由于R1<R2<R3,故电流相同时,U1<U2<U3,故D错误;
故选:A。
24.小明探究“通过导体的电流与电阻的关系”。图甲为实验装置,电源电压恒为6V,实验时将电阻箱的阻值依次调为25Ω、20Ω、15Ω、10Ω、5Ω。
(1)请你用笔画线代替导线将图甲所示的实物电路连接完整。要求:滑动变阻器的滑片P向右移动时电流表的示数变大。
(2)改正电路后,闭合开关,电压表有示数,电流表示数几乎为零,经检查排除导线和接线柱故障,则原因可能是 。
(3)排除故障后,根据数据得的图像如图乙所示,可得出的结论是:在电压一定时, ;电阻箱两端电压控制为 V。
(4)完成某次实验后,仅调节好电阻箱的阻值,观察到电压表示数如图丙所示,滑动变阻器的滑片应向 (选填“A”或“B”)端移动。
(5)由以上实验初步得出电流和电阻的关系,为使结论更具普遍性,下列操作可行的是___________。
A.将电阻箱阻值调为30Ω再测一组数据
B.仅将电源电压调为4V,电阻箱两端控制的电压不变,重复实验
C.电源电压保持不变,仅将电阻箱两端电压控制为3V不变,重复实验
【答案】(1)
(2)电阻箱断路
(3) 电流与电阻成反比 2
(4)B
(5)C
【详解】(1)电流表和滑动变阻器串联接入电路,电压表与电阻箱并联接入电路,要求滑动变阻器的滑片P向右移动时电流表的示数变大,即电阻变小,则变阻器应选择右下接线柱,作图如下:
(2)闭合开关,电压表有示数,电流表示数几乎为零,说明电路断路,电压表有示数,则电压表两端与电源相通,所以电路故障为电阻箱断路。
(3)[1]如图乙所示,由于的图像为正比例函数图像,所以可得出的结论是:在电压一定时,电流与电阻成反比。
[2]由图乙可知,时,即电阻时,电流为0.4A,则电阻箱两端电压控制为
(4)由丙图电压表读数可知,电阻箱两端的电压为1.5V,实验中要保证电阻箱两端的电压为2V不变,根据串联分压的原理,此时滑动变阻器的阻值要变小,让滑动变阻器两端的电压减小,即滑片要靠近下接线柱向B端滑动。
(5)A.以上实验中,在定值电阻两端电压控制为2V的条件下,已经做了5次实验, 可以初步得出电流与电阻的关系,此时再用30测一次,还是得到的是控制电压2V时 的规律。为使结论更具普遍性,应改变控制的电压,重复实验,故A不符合题意;
B.将电源电压调为4V,重复实验,电阻箱两端的电压不变,根据欧姆定律可知实验数据不变,故B不符合题意;
C.电阻箱两端电压控制为3V不变,重复实验,根据串联电路电压规律、串联分压原理可得
当R=25Ω时,滑动变阻器接入电路的阻值为25Ω<50Ω,故C符合题意。
故选C。
25.在“探究通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验中,有如下器材:电压表、电流表、滑动变阻器阻值范围“0~15Ω”、开关、电源(电压为3V保持不变)、定值电阻R(分别为5Ω、10Ω、15Ω)、导线若干。
(1)在探究“电流与电压的关系”实验中:
①小明连接实物图如图,闭合开关后,电流表 示数(填“有”或“无”),请添加一根导线使电路连接完整。
②该实验中滑动变阻器的作用除了保护电路外,还有 ;
③小焊把图中的定值电阻R换成了小灯泡,闭合开关后,通过调节滑片P的位置测量了三组数据,并计算出不同电压下小灯泡的电阻阻值分别为6.2Ω、7Ω、8.7Ω,于是小焊把三次电阻求平均值,得到小灯泡的电阻是7.3Ω,你认为小烨的做法是否合理 (选填“合理”或“不合理”),原因是: 。
(2)在探究“电流与电阻的关系”实验中:
①小焊先将 R=10Ω 的电阻接入,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,直到电压表示数为1.2V,记下电流表示数;保持滑动变阻器的滑片位置不变,把R换为5Ω的电阻,此时应调节滑动变阻器的滑片使其阻值 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
②在此实验中,该同学根据正确的测量数据绘制出电流与电阻的图象,如图所示其中正确的是 。
③当接入15Ω的电阻后,不管如何移动滑动变阻器的滑片,都不能使电压表的示数与原来相同,若要完成实验,下列做法可行的是 (选填字母符号)。
A.改变电压表的量程
B.接入15Ω的电阻,无法完成,略去不做,前两组实验数据照样可以得出结论
C.第一次接入5Ω的电阻时,使电压表的示数为2V
D.换用最大阻值为20Ω的滑动变阻器进行实验
【答案】
(1)①无;见解答图;②改变定值电阻两端电压的作用;③不合理;灯丝的电阻随温度的变化而变化;(2)①变小;②D;③C。
【详解】
(1)①原电路图中,电压表串联在电路中,因电压表内阻很大,闭合开关后,电路中几乎没有电流通过,因此电流表无示数;
在“探究通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验中,电压表应并联在电阻R两端,如下图所示:
;
②在“探究通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验中,需要改变定值电阻两端电压,因此该实验中滑动变阻器的作用除了保护电路外,还有改变定值电阻两端电压的作用;
③在不同电压下小灯泡的实际功率不同,温度不同,灯丝的电阻随温度的变化而变化,不是一定值,因此把灯泡三次的电阻求平均值不合理;
(2)①实验中,当把10Ω的电阻换成5Ω的电阻后,根据分压原理,电阻两端的电压变小,研究电流与电阻关系时要控制电压不变,根据串联电路电压的规律,要减小滑动变阻器两端的电压,由分压原理,要减小滑动变阻器电阻的阻值;
②电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比,图象是反比例函数图象,故D符合题意;
故选:D;
③A、无论怎样改变电压表的量程,电压表总是测的是R两端的电压,不管如何移动滑动变阻器的滑片,都不能使电压表的示数为1.2V,故A错误;
B、接入15Ω的电阻,无法完成,略去不做,前两组实验数据照样可以得出结论,这样的结论不具有普遍性,故B错误;
C、第一次接入5Ω的电阻时,使电压表的示数为2V,根据控制变量法,当接入15Ω的电阻后,也应保持它两端的电压为2V不变时电路中的电流为:
I===A,滑动变阻器接入的阻值为:
R滑===7.5Ω,而7.5Ω小于滑动变阻器的最大阻值15Ω,因此可以保证当接入15Ω的电阻后,可使电压表的示数与原来相同都为2V,故C正确;
D、当接入15Ω的电阻时,电路中的电流I′===0.08A,所以滑动变阻器接入的最小阻值为:
R'滑===22.5Ω,所以换用最大阻值为20Ω的滑动变阻器不能进行实验,故D错误;
故选:C。
26.在“探究电流与电阻的关系”实验中,已知电源为4.5V,电流表的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V,定值电阻若干,滑动变阻器的规格为“20Ω 0.5A”。
(1)用笔画线代替导线,将图甲中的电路连接完整(要求闭合开关前,滑片处于最左端)。
(2)闭合开关,发现电流表无示数,电压表示数接近电源电压,则故障可能为 。排除故障后,先接入5Ω的定值电阻,调节滑动变阻器到某一位置,电流表的示数如图乙,其读数为 A;用10Ω的定值电阻代替5Ω接入电路,移动滑动变阻器的滑片,保持定值电阻两端电压不变,此时滑片的位置位于上一次实验的 (选填“左”或“右”)侧。
(3)通过收集实验数据,得到如图丙所示的图像,进一步得出结论: 。
(4)若所选的定值电阻最小值为5Ω,重新选择定值电阻两端所控制的电压,完成此探究能选用的定值电阻最大阻值为 Ω;小明在开关和电流表之间再串联一个定值电阻R0,使30Ω的电阻也能完成本次探究,此时R0的取值范围是 Ω~ Ω。
【答案】
(1)见解答图;(2)定值电阻断路;0.4;左;(3)电压一定时,电流与电阻成反比;(4)25;4~24。
【详解】
(1)滑动变阻器应串联在电路中,为了保护电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处,由于要求闭合开关前,滑片处于最左端,即此时滑动变阻器接入电路的电阻应最大,故滑动变阻器右下接线柱连入电路中,如图所示:
;
(2)电流表无示数,说明电路可能断路;电压表示数接近电源电压,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,与电压表并联的定值电阻断路了;
由图乙可知,电流表的量程为0~0.6A,分度值为0.02A,示数为0.4A;
根据串联电路的分压原理可知,用10Ω的定值电阻代替5Ω接入电路,电阻增大,其分得的电压增大;探究电流与电阻的实验中应控制电压不变,根据串联电路电压的规律可知,为了保持定值电阻两端电压不变,应增大滑动变阻器分得的电压,由串联分压的分压原理可知,应增大滑动变阻器连入电路中的电阻,所以滑片应向左端移动,即保持定值电阻两端电压不变,此时滑片的位置位于上一次实验的左侧;
(3)由图丙的I﹣图像为一条过原点的直线可知,电压一定时,电流与电阻的倒数成正比,由数学知识可知,电压一定时,电流与电阻成反比;
(4)由题意可知,滑动变阻器允许通过的最大电流为0.5A,电流表的量程为0~0.6A,由串联电路的电流特点可知,为了电路安全,电路中的最大电流只能为0.5A,由欧姆定律可知,电压一定时,定值电阻的阻值最小时电路中的电流最大,则定值电阻两端所能控制的最大电压:UV=IR=0.5A×5Ω=2.5V,由串联的电压特点可知,滑动变阻器两端的电压:U滑=U﹣UV=4.5V﹣2.5V=2V,电压表示数为变阻器分得电压的=1.25倍,根据分压原理,当变阻器连入电路中的电阻为20Ω时,定值电阻的阻值:R大=1.25×20Ω=25Ω,即所选择的定值电阻的最大阻值为25Ω;
由串联电路的分压原理可知,当定值电阻的阻值最大时,滑动变阻器接入电路的电阻最大,滑动变阻器分得的电压为电压表示数的=0.8倍,由串联电路的分压原理可知,当定值电阻为30Ω时,滑动变阻器需要接入电路的最大电阻:R大=0.8×30Ω=24Ω,由串联电路的电阻特点,当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,串联定值电阻R0的阻值最小,为:R0小=R大﹣R滑大=24Ω﹣20Ω=4Ω,当滑动变阻器接入电路的电阻为零时,串联定值电阻R0的阻值最大,为:R0大=R大=24Ω,即此时R0的取值范围是4Ω~24Ω。
27.小明利用图甲“探究电流与电压、电阻的关系”,器材有:可调电压电源(可调为1.5V、3.0V、4.5V、6.0V之一)、5个定值电阻(阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω)、滑动变阻器(10Ω,1A)、电压表和电流表。
实验序号
①
②
③
④
⑤
R/Ω
5
10
15
20
30
I/A
(1)小明发现甲图连接电路有一处错误,请在接错的那一根导线上打“×”,用笔画线代替导线画出正确的连接______;
(2)改正后,小明设计了实验表格,通过此表格可知其实验目的是探究电流与______的关系;
(3)小明将电源电压调为3V,进行(2)中的实验;
①图乙是第2次实验时电流表的示数,读数为______A;
②当其中某个定值电阻接入电路时,无法满足实验条件,这个定值电阻的阻值为______Ω,为了让该电阻也能完成实验,则:
a.若仅更换滑动变阻器,其最大阻值______Ω;
b.若仅改变定值电阻两端电压的预设值,其范围是______V;
(4)小华利用现有器材又做了下面的实验:
①按改正后的图甲连接电路,将电源电压调到某个值,闭合开关,移动滑片使电压表示数为4V;
②保持滑片不动,换接入另一个定值电阻,调节电源电压,在电路安全条件下闭合开关,发现电压表示数恰好为4V;
通过以上实验现象可以推断:此时滑动变阻器接入电路的阻值为______Ω。
【答案】 ①. ②. 电阻 ③. 0.2 ④. 30 ⑤. 15 ⑥. 2.25~3 ⑦. 2.5
【详解】(1)[1]原电路图中,电压表串联在电路中,电流表并联在电路中是错误的,探究电流与电压、电阻的关系时,电流表应该串联在电路中,电压表应并联在定值电阻两端,如下图所示:
。
(2)[2]由表可知,定值电阻的阻值不断变化,探究电流与电阻关系时,需要控制定值电阻两端的电压不变,改变定值电阻的阻值。
(3)①[3]由图甲可知,电流表的量程是0~0.6A,此时电流表的读数是0.2A。
②[4][5][6]第2次实验时电流表的示数为0.2A,接入电路中定值电阻的阻值是10Ω,由欧姆定律可知,定值电阻两端的电压
UV=IR=0.2A×10Ω=2V
根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压
U滑=U-UV=3V-2V=1V
当定值电阻为30Ω时,根据分压原理可得
即
解得R滑=15Ω,即所选择滑动变阻器的最大阻值不能小于15Ω,即,因实验中的滑动变阻器最大阻值为10Ω,故当30Ω的定值电阻接入电路时,无法满足实验条件;若仅改变定值电阻两端电压的预设值,当30Ω的定值电阻和滑动变阻器的最大值接入电路中时,电路中的电流
则定值电阻两端的电压
U'=I'R''=0.075A×30Ω=2.25V
电源电压为3V,所以定值电阻两端电压最大可以预设为3V,其范围是2.25~3V。
(4)[7]因为电压表测的是定值电阻两端的电压,根据电压表的示数为4V,可以排除电源电压为1.5V、3.0V, 由题意可知,两次实验中滑动变阻器接入电路的阻值不变, 由串联电路的电压特点可知, 当电源电压为4.5V时,滑动变阻器两端的电压
U滑1=U''-UV'=4.5V-4V=0.5V
由串联电路的分压原理可知,滑动变阻器接入电路的电阻与定值电阻的阻值之比
则R1=8R滑'', 当电源电压为6V时,滑动变阻器两端的电压
U滑2=U'''-UV''=6V-4V=2V
由串联电路的分压原理可知,滑动变阻器接入电路的电阻与定值电阻的阻值之比
则R2=2R滑''', 则两次实验中定值电阻的阻值之比
由器材中的5个定值电阻的阻值可知,只有5Ω和20Ω满足上述条件,故两次的电源电压分别为4.5V和6V, 则定值电阻R1=20Ω,R2=5Ω, 因此滑动变阻器接入电路的阻值
28. 小明用如图所示电路探究“电流与电压的关系”。电源电压恒为3V,定值电阻的阻值为4Ω,滑动变阻器的规格为“20Ω 0.5A”。
(1)连接电路时,开关应处于 _______状态。小明发现甲图连接的电路有一处错误,请在接错的那一根导线上打“×”,用笔画线代替导线画出正确的连接________。
(2)正确连接电路,小明完成了下表中的4次实验,可以得到结论:在电阻一定的情况下,通过导体的电流与导体两端的电压成 _______比。利用现有器材在不改变电路连接的情况下,表格里余下的4次实验中,还能完成 _____次。
电压U/V
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.4
电流I/A
0.15
0.23
0.30
0.38
(3)小华想探究“电流与电阻的关系”,她将如图中4Ω的定值电阻分别换成5Ω、10Ω、15Ω,并控制它们两端的电压为1V。为顺利完成这三次实验(中途不允许拆接线),连接实物时应在电路中 _____联一个定值电阻,其阻值可以选择的是 _____(填字母)。
A.只能10Ω
B.大于10Ω都可以
C.10Ω~30Ω之间都可以
【答案】(1) ①. 断开 ②.
(2) ①. 正 ②. 1
(3) ①. 串 ②. A
【小问1详解】
[1]为了防止连接电路时出错而损坏电路元件,连接电路时开关应该断开。
[2]原电路图中,定值电阻与电流表并联,电压表串联在电路中是错误的,在探究电流与电压、电阻的关系实验中,定值电阻、滑动变阻器和电流表串联,电压表并联在定值电阻两端,如下图所示:
【小问2详解】
[1]根据表中数据可知,在误差允许的范围内,电压和电流的比值为定值,说明在电阻一定的情况下,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
[2]由滑动变阻器的规格为“20Ω 0.5A”可知,滑动变阻器的最大阻值为20Ω,允许通过的最大电流为0.5A,当定值电阻两端电压为U1=0.3V时,滑动变阻器两端的电压应为U滑=U﹣U1=3V﹣0.3V=2.7V
由串联电路中电流处处相等可知,即,
解得:R′滑=36Ω > 20Ω,所以此实验不能完成;
由滑动变阻器的规格可知,电路中允许通过的最大电流为0.5A,此时定值电阻两端的最大电压为U′=0.5A×4Ω=2V
所以电压为2.1V、2.4V的两次实验不能完成,只有电压为1.8V的这一次实验可以完成。
【小问3详解】
[1][2]根据串联分压原理,当接入15Ω电阻时,即,
解得:R滑=30Ω,而现有滑动变阻器最大电阻20Ω,故为了完成整个实验,小华应在图乙电路中串联一个定值电阻,至少应串联电阻的阻值为R串小=30Ω﹣20Ω=10Ω
当定值电阻接入的是5Ω时,电路电流为
滑动变阻器和串联的电阻和为
若滑动变阻器接入阻值为0,则此时串联的电阻就为10Ω,大于10Ω,定值电阻换成5Ω这一次就完成不了。故串联的定值电阻只能选择10Ω。
故选A。
29. 在“测量定值电阻阻值”的实验中,小明所用电源的电压保持不变,滑动变阻器标有“10Ω 2A”的字样。
(1)粗心的小明连好最后一根导线时的电路如图甲所示,请你指出其中存在的问题:一是 ;二是 。
实验次数
电压U/V
电流I/A
电阻Rx/Ω
①
5.0
②
6.5
0.4
③
8.0
0.5
(2)小明解决上述问题后,闭合开关发现:电压表指针有明显偏转,而电流表指针几乎不动。经检查:电路中电表完好且只有一处故障,他初步判断可能是导线 (选导线编号)断路或 断路。
(3)排除上述电路故障后,小明开始实验:
①闭合开关,读出电表示数后立即断开开关,并将读数填在表中,其中电流表指针位置如图乙所示,则电流表读数为 A,利用该组数据算出的Rx阻值为 Ω(保留一位小数)。
②闭合开关,将滑动变阻器的滑片向 移至适当位置,读出两电表示数后立即断开开关,并将读数填在表中。
③闭合开关,继续移动滑片,直至移到了滑动变阻器的一端,读出两电表示数,断开开关,并将读数填在表中。
(4)分析表中数据,小明发现:随着待测电阻两端电压的增大,计算得出的待测电阻阻值变化情况是 。
他感到困惑:为何会出现这样的结果呢?小华帮他检查后指出:小明所测出的电压数据是错误的。于是小明想重新实验,小华提醒他:无需重新实验,利用已知信息和电流表的读数,不但可计算出待测电阻的阻值,还能求出电源电压。小明经过认真思考后,计算得出:待测电阻Rx= Ω,电源电压U总= V。
【答案】(1)滑动变阻器滑片没有滑到阻值最大处;开关闭合了;(2)③;Rx;(3)①0.3;16.7;②左;(4)阻值逐渐减小;15;7.5。
【详解】
(1)图中存在的问题是滑动变阻器滑片没有滑到阻值最大处和开关闭合了;
(2)电流表无示数,说明电流断路,电压表有示数,说明电压表并联的电阻可能断路或者导线断路,故为导线③或者Rx断路;
(3)①电流表的量程为0~0.6A,分度值为0.02A,读数为0.3A,根据欧姆定律R===16.7Ω;
②第二次实验的电流变大,说明滑动变阻器接入阻值变小,故滑动变阻器滑片向左移动;
(4)第二次实验,R2===16.25Ω;
第三次实验,R3===16Ω;
所以随着电压变大,电阻阻值变小;
第一次实验时,滑动变阻器的全部阻值接入电路,电源电压U=I1(RP+Rx);
第三次实验时,滑动变阻器的无电阻接入电路,电源电压U=I3Rx;
联立方程解得Rx=15Ω;U=7.5V。
30. 测量定值电阻RX阻值大小的实验电路图如图甲所示。
(1)本实验的原理是_______;
(2)正确连接电路闭合开关后,电压表示数为1.5V时,电流表如图乙所示,电流表示数为_______ A,则此时测得RX的阻值是_______Ω;
(3)本实验要多次测量取平均值,是为了_______;
(4)某实验小组进行实验时不慎将电压表损坏,想利用如图丙实验电路图测量Rx的阻值.图中R为电阻箱,请在以下空白处填上适当内容。
①将开关接a,调节电阻箱和滑动变阻器滑片P至适当位置,记下电流表示数I和电阻箱阻值RA;
②将开关改接b,_________ ,记下电阻箱阻值RB;
③则Rx=_______ (要求仅利用电阻箱读数表达Rx的阻值)。
【答案】(1)
(2) ①. 0.3 ②. 5
(3)减小误差 (4) ①. 滑动变阻器滑片P位置不动,调节电阻箱使电流表示数为I ②.
【解析】
【小问1详解】
测量定值电阻阻值的实验是通过测量电阻两端的电压及电流,利用欧姆定律计算定值电阻的阻值的,故原理是欧姆定律变形公式。
【小问2详解】
[1]电流表选择的量程,分度值为0.02A,此时电流表读数为0.3A。
[2]此时测得Rx的阻值是
【小问3详解】
一次实验测量的结果具有较大误差,实验中要多次测量取平均值,目的是为了减小误差。
【小问4详解】
[1]①将开关接a,调节电阻箱和滑动变阻器滑片P至适当位置,记下电流表示数I和电阻箱阻值RA;
②将开关改接b,滑动变阻器滑片P位置不动,调节电阻箱使电流表示数为I,记下电阻箱阻值RB。这两次电流相等,说明这两次电路总电阻相等,
[2]③则
31. 几组同学在测灯泡电阻实验中,连接了图甲所示的实物图。
(1)测小灯泡的电阻的实验原理是___________,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于___________端(选填“A”或“B”)。
(2)某组同学实验时,开关闭合,发现灯泡不亮,电流表示数为零,电压表示数如图乙所示,则电压值为___________V, 经检查电表完好,则电路故障可能是___________。排除故障后,测量数据,绘出I-U图像如图丙中的A所示,图像为曲线的原因是___________。
(3)另一组同学用相同的器材也做这个实验,由于接线错误,根据测量的数据绘出的I-U图像如图丙中的B所示。错误的原因可能是___________。
(4)实验中使用的小灯泡正常发光时的电流为0.2A,则小灯泡正常发光时的电阻为___________。
【答案】(1) ①. ②. A
(2) ①. 2.8 ②. 灯泡断路 ③. 灯丝电阻随温度的升高而升高
(3)电压表并联在滑动变阻器两端了
(4)7
【解析】
【小问1详解】
[1]测量小灯泡电阻的实验原理是利用欧姆定律,通过测量小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流来计算电阻。
[2]为了保护电路,闭合开关前应将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处,即图中的A端。
【小问2详解】
[1]图乙中电压表选的是“0~3V”量程,分度值0.1V,示数为2.8V。
[2]灯泡不亮、电流表示数为0,电路断路,但电压表示数接近电源电压,说明灯泡断路。
[3]I-U图像为曲线的原因是:灯丝电阻随温度升高而升高,灯泡电压、电流变化时,灯丝温度变化,电阻改变。
【小问3详解】
图像B中,电压增大时电流减小,说明电压表、电流表接线错误:电压表并联在了滑动变阻器两端。当滑动变阻器阻值增大时,其两端电压增大,而灯泡两端电压减小,电流减小。
【小问4详解】
由图丙知,A曲线,灯泡的I-U图像,小灯泡电阻一定,电流越大,电压越大,当电流为0.2A时,由(2)中的现象,电压表示数为2.8V可知,电源电压即为2.8V,结合图像丙,当电流为0.2A时,小灯泡与滑动变阻器电压相等,则小灯泡此时电压为1.4V。根据,得小灯泡正常发光时的电阻为
32. 小明利用图所示的电路测量小灯泡正常发光时的电阻。实验中电源电压保持不变,小灯泡的正常发光时的电压是2.4V。
(1)开关S闭合前,应将变阻器的滑片P移______(选填“左”或“右”)端;
(2)闭合开关S后,他发现灯泡不亮,两电表示数均为0,他将一根导线的一端接电源正极,另一端依次试触a、b、c、d各接线柱,当接触到d时,电压表开始有示数且为电源电压,灯泡不亮,电流表示数仍为0,则电路中的故障原因是______;
(3)排除故障后,按正确的步骤进行实验。小灯泡正常发光时,电流表示数为0.32A,则小灯泡的正常发光时的电阻R1是______Ω;
(4)若小灯泡两端电压为1.2V时,灯泡的电阻为R1;通过小灯泡的电流为0.16A时,灯泡的电阻为R2,则R1______(选填“>”、“<”或“=”)R2。
【答案】
(1)右 (2)滑动变阻器断路 (3)7.5 (4)>
【解析】
【小问1详解】
开关S闭合前,为了保护电路,滑动变阻器的滑片应移至阻值最大处,即最右端。
【小问2详解】
根据实验,电路是串联的,闭合开关S后,电流表的示数为0,说明电路发生断路,他将一根导线的一端接电源正极,另一端依次试触a、b、c、d各接线柱,当接触到d时,此时滑动变阻器被短路,电压表开始有示数且为电源电压,所以出故障的为cd之间发生了断路即滑动变阻器断路。
【小问3详解】
小灯泡正常发光时的电阻
【小问4详解】
灯泡的电阻会随着温度的变化而变化,开始灯泡电阻变化较小,电流变化较大,因此灯泡先到达正常发光电流一半,后到达正常发光电压的一半,由于灯泡工作时间越长,温度越高,电阻越大,因此R1大于R2。
33. 小明利用如图所示的电路探究“电流与电阻的关系”,已知电源电压为6V且保持不变、实验用到的定值电阻阻值分别为25Ω、20Ω、15Ω、10Ω、5Ω,滑动变阻器的规格为“50Ω,1A”。
(1)小明发现有一根导线连接错了,请你找出这根导线并打上“×”,然后用笔画线代替导线正确连接。
(2)正确改接电路。以下是实验的四个操作步骤:
①闭合开关,移动滑片,当电压表的示数为2.5V时,记下电阻值和电流值
②先将5Ω的电阻接入电路中,并将滑动变阻器的滑片移到最右端
③闭合开关,调节滑片使电阻两端的电压保持2.5V,测量并记下电阻值和电流值
④断开开关,换用不同的定值电阻
该实验操作的正确顺序是 (填字母代号)。
A.①②③④ B.①②④③ C.②①④③ D.②①③④
(3)记录的实验数据如下表所示,第 次实验数据明显是错误的。
实验次数
1
2
3
4
5
电阻R/Ω
5
10
15
20
25
电流I/A
0.50
0.25
0.20
0.13
0.10
(4) 不改变接入电路电表的量程,为使五个定值电阻都能完成实验,定值电阻两端电压的控制范围为
V。
【答案】(1)见解答图;(2)C;(3)3;(4)2~3。
【详解】
(1)图中电压表串联接入电路了,改正如图所示:
;
(2)正确改接电路。以下是实验的四个操作步骤:
②先将5Ω的电阻接入电路中,并将滑动变阻器的滑片移到最右端;
①闭合开关,移动滑片,当电压表的示数为2.5V时,记下电阻值和电流值;
④断开开关,换用不同的定值电阻;
③闭合开关,调节滑片使电阻两端的电压保持2.5V,测量并记下电阻值和电流值。
故选:C。
(3)由表中数据,第3组数据外,其它各组电流与电阻的乘积为5Ω×0.5A=10Ω×0.25A﹣﹣﹣﹣﹣=2.5V,为一定值,故第3组数据存在明显的错误;
(4)根据串联电路分压规律,有=;当定值电阻最大为25Ω时且滑动变阻器的电阻最大时定值电阻两端的电压最小,
为=,解得最小电压为UV小=2V;
由于滑动变阻器的规格为“50Ω 1A”,电流表选的小量程,所以电路的最大电流为0.6A,
由欧姆定律,因此定值电阻两端允许的最大电压:U最大=I最大R1=0.6A×5Ω=3V;故定值电阻两端的电压范围为2V~3V。
34.在探究“导体中的电流与电阻关系”的实验中,电源电压调为4.5V,滑动变阻器上标有“20Ω 2A”,定值电阻、、。
(1)小明连接的电路如图甲,电路还差一根导线没有连接,小华指出在连接最后一根导线之前,必须进行的一步操作是______。请用笔画线代替导线,将电路补充完整,要求滑片向左移,电流表示数变大;
(2)正确连接电路,闭合开关后发现,无论怎样移动滑片P,电流表的指针几乎不动,电压表指针明显偏转,若仅是导线连接点发生故障,则可能是导线______与的连接点接触不良;(选填“①”“②”或“③”)
(3)故障排除后,为完成本实验小明实验操作如下:
①将接入电路,闭合开关调节滑片P,使电流表的示数如图乙所示,电流表示数为______A,记录两电表示数;
②用替换,调节滑片P,使______(选填“电压”或“电流”)表示数不变,并记录两电表示数;
③用替换,闭合开关后发现无论怎样调节滑片P,都无法完成实验。此时,调节滑片P过程中,小明观察发现,电压表示数的最小值为______V;
(4)为完成上述③步骤的实验,小明应将电源电压调节到 V ~ V范围之内。
【答案】(1)断开开关
(2)① (3) ①. 0.3 ②. 电压 ③. 2.5 (4)1.5~2.7
【小问1详解】
实验中为了保护电路,连接电路时,开关要断开,图中开关未断开,因此在连接最后一根导线之前,必须进行的一步操作是断开开关。
【小问2详解】
根据实验,电路是串联的,闭合开关后发现,无论怎样移动滑片P,电流表的指针几乎不动,说明电路发生断路,电压表指针明显偏转,说明电压表串联接在电路中,若仅是导线连接点发生故障,则可能是导线①与的连接点接触不良。
【小问3详解】
[1]乙图中电流表的量程是0~0.6A,分度值是0.02A,读数为0.3A。
[2]探究电流与电阻关系的实验值,需要保持定值电阻两端电压不变,因此用替换,调节滑片P,使电压表的示数不变。
[3]用替换,当变阻器接入电路中电阻最大为20Ω时,电压表示数最小,此时电路中电阻为
电路电流为
由欧姆定律得,电压表示数的最小值为
【小问4详解】
根据步骤(3)可知,当定值电阻接入电路中时,电路中的电流为0.3A,说明实验中控制定值电阻两端电压为
因此当变阻器接入电路中电阻为0时,电源电压最小,等于定值电阻两端电压为1.5V;当接入R3时,变阻器接入电路中电阻最大时,根据串联分压原理可知,电源电压最大,由串联电路特点与欧姆定律得,电源电压为
则电源电压的变化范围为1.5~2.7V。
35.探究“通过电阻的电流与电阻大小的关系”时,我们一般需要先预设一个电压值,实验中保持电阻两端电压为这个预设值不变。现采用如图所示电路进行探究,器材:电源、滑动变阻器(20Ω 1A)、电流表、电压表、开关、三个定值电阻(5Ω、10Ω、20Ω)及导线若干,(两电表量程满足要求)。如果要获得三组实验数据
(1)若电源电压恒为6V,电压预设值范围为 。
(2)若电压预设值为2V,电源电压取值范围为 。
(3)若电源电压为9V,电压预设值为4V,则将滑动变阻器的最大阻值更换为≥ Ω,或将20Ω的定值电阻更换为≤ Ω。
【答案】(1)3~5V;(2)2~4V;(3)25;16。
【详解】
(1)滑动变阻器的允许通过的最大电流为1A,则定值电阻两端的最大电压为:电压预设值范围为3~5V;
滑动变阻器的允许通过的最大电流为1A,定值电阻接5Ω时,其两端的电压
所控制的电压小于15V,符合题意;当滑动变阻器移到最大阻值,定值电阻接20Ω时,此时电路中的电流最小,最小电流
此时定值电阻两端的电压
所以所控制的电压最小不能小于3V,最大不能超过5V。
(2) 若电压预设值为2V,当滑动变阻器接入电路中阻值为0时,电源电压最小等于定值电阻两端电压为2V,
当接入R最大=20Ω时,变阻器接入电路中电阻最大时,根据串联分压原理可知,电源电压最大,由串联电路特点与欧姆定律得,电源电压为
为了完成整个实验,电压预设值范围为2~4V;
(3)若电源电压为9V,电压预设值为4V,当电阻为20Ω时,电路中的电流最小,滑动变阻器的阻值最大;
此时电路中的电流为:I===0.2A;
滑动变阻器两端的电压为:U'=U﹣UR=9V﹣4V=5V;
滑动变阻器的最大阻值为:R'===25Ω;
若滑动变阻器阻值不变,则此时电路中的电流为:I===0.25A;
此时电路的总电阻为:R总===36Ω;
故定值电阻的最大阻值为:R最大=R总﹣R'=36Ω﹣20Ω=16Ω。
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