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专题5
电学实验人教版解析版
专题
电学
实验
人教版
解析
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专题05 电学实验
知识导航
方法点拨
1.影响导体电阻大小的因素:导体的材料、长度、横截面积和温度,在探究电阻与其中某个因素的关系时,
要采用控制变量法的思想,要探究导体的电阻大小与一个量之间的关系,需要保持其他量不变。
2.“伏安法”测电阻实验是百色物理中考考查的高频实验,题位为第25题,其中的第(3)小问或第(4)小问常考查电路故障问题,还常常考查电流表、电压表的使用与读数。有时候会在最后一小问涉及特色方法测电阻,在缺少电流表或电压表,多一个已知电阻时,测量未知电阻或小灯泡正常发光的电阻,设计实验不管是“安阻法”还是“伏阻法”,都是“伏安法”衍生出来的方法,其基本原理都是R=。比如,在缺少电压表时,我们就要利用“并联等压”的方法间接测出电压。
题型训练
类型一 探究电阻的大小与哪些因素有关
1.在探究“电阻的大小与哪些因素有关”的实验中,采用如图甲所示的实验装置,a、b、c是镍铬合金制成的三根导线,a、b长度相同但粗细(横截面积)不同,a、c粗细相同而长短不同,导线d由锰铜合金制成,长短、粗细与导线b相同。
(1)实验中电流表的示数越大,对应的导线电阻 。
(2)将导线a接在M、N之间,闭合开关,电流表示数如图乙所示,此时电流为 A。
(3)依次将导线b、c、d替换导线a接入电路,电流表对应的示数如下表所示:
导线代号
a
b
c
d
电流表的示数
-
1.3 A
2.2 A
2.7 A
①选导线a、b比较是为了探究导线电阻的大小与粗细(横截面积)的关系;探究导线电阻的大小与材料的关系,应选用的两根导线是 (填写导线代号);
②由此可知:导线电阻的大小与材料有关,用相同材料制成的导线长度越长, 。
(4)若想进一步用“伏安法”测量导线a的电阻,除了如图甲所示的器材外,至少还需要在此电路接入一个电压表和 ,连好电路后,经多次测量,绘得导线a的UI图像如图丙所示,则其电阻为 Ω。
【答案】 (1)越小 (2)1.1 (3)① b、d;② ,横截面积越小,电阻越大 (4)1.25
【解析】 (1)电流表串联在电路中,电源电压一定,当电路接入不同的导线时,可通过观察电流表示数来比较导线电阻的大小。导线电阻越大,电路电流越小。(2)电流表的读数方法:看清所选量程及对应分度值,电表示数=指针偏过的格数×分度值。(3)a、b的材料相同,长度相同但粗细不同,是为了探究导线电阻的大小与粗细(横截面积)的关系。探究导线电阻的大小与材料的关系,应选择长度、粗细相同的导线。(4)“伏安法”测电阻的是根据R=算出电阻的阻值,由如图甲所示的器材可知还需要接入电压表,为了保护电路,需要接入滑动变阻器。由导线a的UI图像可以找出已知坐标的电压值和对应的电流值,根据R=算出导线a的阻值。
2. 小青同学在家里发现了一个废弃的定值电阻,把它带到学校实验室,检查完好后,再对它进行电阻的测量.
(1)连接电路时,开关应处于________(选填“断开”或“闭合”)状态.
(2)如图,完成电路连接后,闭合开关,发现电压表的指针反向偏转.请指出造成该现象的原因是__________________.
(3)改接电路并检查无误后进行实验,下表是记录的实验数据.通过计算,该定值电阻的阻值约是________Ω.(计算结果保留一位小数)
实验次数
1
2
3
电压(V)
1
1.5
2.0
电流(A)
0.20
0.28
0.36
(4)在上一小题的计算中,小青同学发现三次算得的电阻阻值并不相同,这种情况下是因为持续通电使电阻的________(选填“长度”“横截面积”或“温度”)发生变化,影响了它的阻值大小.
【答案】 (1)断开 (2)电压表的正负接线柱接反了 (3)5.3 (4)温度
【解析】(1)防止在接线过程中因操作错误烧坏电源和其他用电器,因此连接电路时应断开开关;(3)第一次测量的电阻为:R1===5.0 Ω;同理R2≈5.4 Ω;R2≈5.6 Ω;所以,=≈5.3 Ω;(4)小青同学发现三次算得的电阻值并不相同,这种情况主要是因为持续通电,电阻的温度发生变化,影响了它的阻值大小.
3. 现要测量电阻Rx的阻值,提供的实验器材有:待测电阻Rx(约5 Ω)、两节干电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线若干.
甲 乙
(1)用笔画线代替导线,将图甲中的实物图连接完整,要求滑动变阻器的滑片P向接线柱D移动时接入电路的阻值变小.
(2)正确连线后,闭合开关,移动滑片P,电流表示数几乎为零,电压表示数接近电源电压且几乎不变.若电路中只有一处故障,可判断该故障是______________.
(3)排除故障继续实验,某次测量,电流表的示数为0.50 A,电压表的示数如图乙,该示数为______V,则Rx=________Ω.
(4)某同学利用电源(电压未知)、电阻箱(0~999.9 Ω)和电流表(指针能正常偏转,但刻度盘示数模糊不清)等器材,测电阻Rx的阻值,设计的电路如图丙.完成下列实验步骤:
①正确连接电路,断开S1、S2,将电阻箱R阻值调至最大;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________;
④电阻Rx=________.(用测得量的符号表示)
【答案】 (1)如答图所示 (2)Rx断路 (3)2.6 5.2 (4)②闭合S1,标记电流表指针所指的位置 ③断开S1,闭合S2,调节电阻箱,使电流表指针指在标记的位置,记下电阻箱阻值R0 ④R0
4. 小明欲测量一个阻值标识模糊的定值电阻,图甲所示是他设计的测量电路,图乙是未完成连接的实验电路.
(1)请你按照电路图,用笔画线代替导线,帮助小明把滑动变阻器和电压表正确连入图乙所示的实验电路;
丙
(2)小明将电路连接正确后,闭合开关调节变阻器的滑片,按照正确的操作测得数据如下表所示.
实验序号
电压U(V)
电流I(A)
电阻R(Ω)
1
1.0
0.10
10.0
2
1.5
0.12
12.5
3
2.0
0.20
10.0
4
2.5
0.24
10.4
5
2.8
0.28
根据表中数据,第5次测量的电阻值R5=________Ω.
(3)图丙中已经把前4次测得的电压U和电流I的值对应点描出,请你在图丙中补描出第5次测量的电压U和电流I值对应的点A,并依据所描的点在图丙中作出该定值电阻的U-I图像.
【答案】 (1)如答图甲所示 (2)10 (3)如答图乙所示
【解析】(1)根据实验测量的表中数据可得出电压表选择的是0~3 V量程,且“3”接线柱接到被测电阻的右端;滑动变阻器应“一上一下”接入电路,且根据电路图,右下接线柱接到被测电阻的左端;(2)第5次测量的电阻值R5===10 Ω;(3)在坐标图像中,将第5次的电压和电流对应的数值在坐标曲线上标出,然后画出直线并尽量使更多的点散落在直线上.
类型二 “伏安法”测电阻
1. 小明用“伏安法”测量一个定值电阻Rx的阻值(约为20 Ω)。实验器材有:定值电阻Rx、电压表(量程0~3 V和0~15 V)、电流表(量程0~0.6 A和0~3 A)、滑动变阻器(20 Ω 1 A)、开关、学生电源各一个,导线若干。
(1)“伏安法”测电阻的原理是 。
(2)如图a所示是“伏安法”测电阻的实验电路图,图中甲、乙为两个电表,其中甲为 。
(3)本实验电源电压选用 V,电压表应该选用 V量程,电流表选用 A量程;连接如图b所示的电流表时,应该使电流从“ ”接线柱流入电流表。
(4)闭合开关后,发现电压表的示数约为6 V,电流表示数为零;移动滑动变阻器滑片,电压表示数有明显变化,但电流表示数为零,则发生故障的元件是 。
(5)排除故障后,接通电路,移动滑动变阻器滑片,当电流表的示数如图b所示时,通过电阻Rx的电流大小是 A。
(6)经多次测量,小明由实验数据绘制得如图c所示的UI图像,由图像可知,电阻Rx= Ω(保留一位小数)。
(7)在物理实验中,经常要对物理量进行多次测量,下列实验与本次实验进行多次测量的目的相同的是 (填字母)。
A.用刻度尺测量物理课本的长与宽
B.探究杠杠的平衡条件
C.测量小灯泡的电功率
【答案】(1)R=(2)电压表(3)12 ,0~15 ,0~0.6,0.6(4)电流表(5)0.34(6)22.2(7)A
【解析】 (1)用“伏安法”测电阻,需用电压表与电阻并联测出电压,电流表与电阻串联测出电流,根据R=计算出电阻值,由于要多测几次求平均值,所以电路中需用到滑动变阻器,注意电流从电表的正接线柱流入、负接线柱流出。(2)图a是“伏安法”测电阻的实验电路图,根据图中甲、乙电表的连接方式可以判断出甲电表的类型。(3)本实验电源电压选用12 V,根据题中所给滑动变阻器(20 Ω 1 A)、定值电阻Rx的阻值(约为20 Ω),由I=可估算得I总min==0.3 A,I总max==0.6 A;被测定值电阻Rx两端的电压最小为URx=6 V,所以电压表应该选用0~15 V量程,电流表选用0~0.6 A量程;连接如图b所示的电流表时,应该使电流从正接线柱流入,即从“0.6”接线柱流入电流表。(4)闭合开关,发现电压表的示数约为6 V,电流表示数为零;移动滑动变阻器滑片,电压表示数有明显变化,说明电路连通,但电流表示数为零,则发生故障的元件是电流表。(5)排除故障后,接通电路,移动滑动变阻器滑片,当电流表的示数如图b所示时,根据电流表选用0~0.6 A量程,则通过电阻Rx的电流大小是0.34 A。(6)经多次测量,小明由实验数据绘制得如图c所示的UI图像,由图可知电阻Rx=≈22.2 Ω(保留一位小数)。(7)本次实验对电阻R进行多次测量取平均值,减少实验误差,分析每个选项,即可得出答案。
2. “伏安法测电阻”的实验中,小明同学连接了如图甲所示的电路(电路元件完好,接线柱接线牢固).
(1)在未检查电路连接是否正确的情况下,闭合开关,调节滑动变阻器滑片,电流表的示数将________,电压表的示数将________.(选填“发生变化”或“保持不变”)
(2)检查电路,发现有一处连接错误,请指出连接错误的导线是________(选填“a”、“b”、“c”或“d”).
(3)纠正错误后,闭合开关,测得几组数据如下表.
实验次数
1
2
3
电压U/V
1.5
2.1
2.8
电流I/A
0.10
0.14
电阻R/Ω
15.0
第3次实验时电流表示数如图乙所示,电流表的示数为________A.第2次实验后,算出的电阻值是________ Ω,第3次实验后,算出的电阻值是________ Ω,待测电阻值为________ Ω.
【答案】 (1)发生变化 保持不变 (2)d (3)0.18 15.0 15.6 15.2
【解析】(1)由实物图知电流表与电阻、滑动变阻器串联在电路中,滑动变阻器滑片移动时,接入电路的电阻发生变化,所以电路电流发生变化,电流表示数相应改变;因为电源电压不变,此时电压表测量电源电压,所以示数不变;(2)由实物图知,电压表测量的是电源电压,应该测量定值电阻两端电压,所以错误的是导线d,下端应该连接定值电阻左端的接线柱;(3)由表格知,前两组电流较小,选择的是小量程,第三次电压略高,所以电流表选择的仍然是小量程;此时电流表的示数为I=0.18 A;R2===15.0 Ω;R3==≈15.6 Ω,则这三次电阻的平均值即为待测电阻值,R==15.2 Ω.
3. 在“伏安法测电阻”实验中,某小组的实验电路如图甲所示.
(1) 本实验是根据________算出电阻Rx的阻值;
(2) 由两节新干电池串联成的电源两端电压大约是________V;
(3) 闭合开关前,应将变阻器滑片放在其最______端(选填“左”或“右”).闭合开关后,发现两个电表中只有一个电表有示数,初步检查确认:接线完好和两个电表无故障,则发生故障的元件应是________(选填“电源”、“电阻Rx”或“变阻器”);
(4) 排除故障后,经过多次测量得到的实验数据如下表所示
数据序号
1
2
3
4
5
电压U/V
0.75
1.0
1.5
2.0
2.5
电流I/A
0.09
0.14
0.22
0.28
0.32
①为减小实验误差,小明依据多次测量取平均值的做法进行了如下的运算:
Rx=≈7.38 Ω
由此得电阻Rx=7.38 Ω.这样的算法是________(选填“合理”或“不合理”)的;
②小芳把表中的数据在坐标系中描点、连线,得到如图乙所示的U-I图像,由图可得电阻Rx=______Ω.
(5) 由于没有电压表,小红设计了如图丙所示的电路图,其中电阻R0=20 Ω,电流表、为两个完全相同的电流表,连接好电路后,闭合开关,发现两个电流表指针均偏转了相同的角度,如图乙所示.则通过电阻Rx′的电流是________ A,Rx′=________ Ω.
【答案】 (1)欧姆定律(R=) (2)3 (3)右 电阻Rx (4)不合理 7.5 (5)1.6 5
类型三 测量小灯泡的电功率
1.小明用如图甲所示的电路来测量一个标有“2.5 V”字样的小灯泡的电功率。
(1)本实验电源由两节新干电池提供,一节新的干电池两端电压大约是1.5V。
(2)在闭合开关前,变阻器的滑片应放在变阻器的A(选填“A”或“B”)端。
(3)闭合开关,调整变阻器滑片,小灯泡始终不发光,小明用另一个电压表分别测量电路中A与C、A与D、C与E、D与E间的电压,发现:UAC=UDE=0,UAD=UCE≠0,则电路中故障是小灯泡的灯丝断了(或小灯泡坏了,小灯泡断路,小灯泡接触不良等)。
(4)排除故障后,闭合开关,小灯泡发光,此时通过小灯泡电流的方向是D→C(选填“C→D”或“D→C”)。
(5)实验中,当电压表的示数如图乙所示,此时小灯泡两端的电压是2.3V,为了能测出小灯泡正常发光时的功率,应将变阻器的滑片往变阻器B(选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为2.5 V。
(6)当小灯泡正常发光时,电流表示数如图丙所示,此时通过小灯泡的电流是0.3A,小灯泡的功率是0.75W。
【解析】 (1)一节新的干电池两端的电压大约是1.5 V。(2)在闭合开关前,变阻器的滑片应置于阻值最大位置。(3)闭合开关,调整变阻器滑片,小灯泡始终不发光,说明电路断路,电压表有示数,表明和电压表并联部分出现断路。(4)电源外部电流的方向是从正极流向负极,通过小灯泡的电流方向是D→C。(5)当电压表的示数如图乙所示,此时小灯泡两端的电压是2.3 V,为了测小灯泡的额定功率,应使电压表示数为2.5 V,需减小滑动变阻器分得的电压,即减小滑动变阻器接入电路的电阻,由此可知滑动变阻器滑片的移动方向。(6)小灯泡正常发光时,由图丙读出通过小灯泡的电流,再由P=UI可计算出小灯泡的功率。
2. 在“测量小灯泡的功率”的实验中.
(1)小明设计了如图甲所示的电路图,按照电路图,已完成部分实物电路连接(如图乙所示),根据图乙中的信息,电压表量程应选 0~____V; 若开关闭合后,向左移动滑动变阻器滑片P,能使电路中电流变大,应将开关右侧接线柱与滑动变阻器的________(选填“A”、“B”、“C”或“D”)接线柱相连.
(2)正确连接好电路,闭合开关后发现,小灯泡不亮,电流表示数为零,而电压表示数接近电源电压.经检查,电流表是完好的,仅滑动变阻器或小灯泡存在故障,则电路中的故障是________________.排除故障后,闭合开关,仍发现小灯泡不亮,电流表指针偏转很小,要使该小灯泡发光只需____________________________.
(3)观察小灯泡在不同电压下的亮度,读出电压表、电流表示数,实验记录见下表:
实验序号
电压U/V
电流I/A
小灯泡亮度
实际功率P/W
1
2
0.18
偏暗
0.36
2
2.5
0.2
正常发光
0.5
3
3
偏亮
①由表格可知,该小灯泡额定电压为________V.
②当小灯泡两端电压为3 V时,小灯泡偏亮,小明担心灯丝会烧断,于是立刻断开开关,未读取电流表示数,同组的小华观察到当时电流表指针的位置如图丙所示,则通过小灯泡的电流为________A,小灯泡的实际功率为________W.
(4)本实验电路除了能测出小灯泡的功率,小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值.小华认为还能探究电流与电压的关系,你认为________同学的观点是错误的,理由是:_______________________
_____________________________________________________________.
【答案】 (1)3 A (2)小灯泡处断路 将滑动变阻器的滑片P向左移动一些 (3)①2.5 ②0.22 0.66 (4)小华 无法控制电阻大小不变
【解析】本题考查了测量小灯泡的功率实验;(1)由图乙可看出,电源为二节干电池串联,电源电压为3 V左右,因此,电压表应选用0~3 V量程;向左移动滑动变阻器的滑片P,电路中的电流变大,则说明向左移动滑动变阻器的滑片P,滑动变阻器接入电路中的电阻变小,因此,要把滑动变阻器滑片左侧的电阻丝接入电路,即应把开关右侧接线柱与滑动变阻器的A接线柱相连;(2)闭合开关,小灯泡不亮,电流表示数为零,这说明发生了断路故障;而电压表示数接近电源电压,这说明电压表的正、负接线柱与电源的正、负极接通,所以电路中的故障可能是小灯泡处发生了断路;闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表指针偏转较小,这说明通过灯泡的电流太小,所以要使小灯泡发光,只需将滑动变阻器的滑片P向左移动一些;(3)①小灯泡正常发光时的电压叫作额定电压,由表可看出,小灯泡的额定电压为2.5 V;②由图乙知,电流表接的是0~0.6 A量程,此时电流表的分度值为0.02 A,因此,电流表的示数为0.22 A,此时小灯泡的实际功率为P=UI=3 V×0.22 A=0.66 W;(4)小华的观点是错误的,理由是:要探究电流与电压的关系,应控制电阻不变,改变电压,而在改变小灯泡两端的电压时,小灯泡的电阻会发生变化,因而无法利用此电路探究电流与电压的关系.
3.实验室购买了一批规格为“2.5 V 0.8 W”的小灯泡,为检测所购灯泡是否合格,小刚利用其中一只灯泡来做测量小灯泡电功率的实验.
(1)在检查仪器时,发现电流表的指针如图甲所示,则需要对电流表进行的操作是___________
_________________________________________________________________.
甲 乙
(2)正确操作后,如图乙所示是小刚连接的实验电路,其中有一根导线连接错误,请你在错误的导线上画“×”,并在图中改正(导线不许交叉).
(3)电路连接正确后,闭合开关,发现小灯泡不亮,但电流表和电压表均有示数,接下来他最应该进行的操作是________________________________.
(4)小刚设计的实验记录表格如下表,请你指出表格中的问题:___________________________
_____________________________________________________________.
实验次数
电压/V
电流/A
电功率/W
电功率的平均值/W
1
2
3
小刚又根据实验数据绘制成了U-I图像(如图丙),根据图像提供的信息,可计算出小灯泡正常发光时的电功率是__________W,如果生产这种小灯泡的钨丝长度是一定的,则这个小灯泡的钨丝的横截面积比合格产品________(选填“粗”或“细”).
图丙
(5)小刚的同学小明选择另一个灯泡,想通过实验来比较灯泡“实际电压是额定电压一半时的电功率P1”和“实际电流是额定电流一半时的电功率P2”的大小.聪明的小刚根据小灯泡灯丝电阻随温度的升高而增大的规律,没有通过实验也比较出了它们的大小是P1________P2(选填“大于”“小于”或“等于”).
(6)若小刚想接着研究电流与电压的关系.需要补充的实验器材是________.
【答案】(1)调零 (2)如答图所示 (3)移动滑动变阻器的滑片观察灯泡是否发光 (4)设计了电功率平均值一栏 0.5 细 (5)大于 (6)定值电阻
4. 同学们在“探究小灯泡的亮度与功率的关系”实验中,所用电源电压为6 V,灯泡的额定电压U0=3.8 V,额定功率在1~1.5 W的范围内.
(1)按图甲所示的电路图,请你用笔画线代替导线将图乙的电路补充完整.
(2)小杜同学在实验过程中,将滑动变阻器的滑片P缓慢向B端移动,小灯泡的实际功率将________(选填“变大”、“变小”或“不变”);同时观察到小灯泡的亮度将变________(选填“亮”或“暗”).
(3)另一组的小张同学在实验过程中发现电流表、电压表示数如图丙所示,此时电流表的示数是________A,电压表的示数是________V;经分析造成这种现象的原因是__________________________
______________________________.
(4)小张同学重新调整电路连接后,继续探究小灯泡在额定功率时的亮度,但发现无法准确读出额定电压,他用第(3)小问中所测数据先算出灯泡的电阻RL,再根据P0= 计算灯泡的额定功率.按此方案算出灯的额定功率比真实值偏________(选填“大”或“小”),原因是____________________
_____________________________.
【答案】 (1)如答图所示 (2)变大 亮 (3)0.2 2 电压表量程接在了0~3 V (4)大 灯泡的电阻发生了变化
【解析】(1)灯泡的额定电压为3.8 V,电压表的量程应选0~15 V,与灯泡并联;根据滑动变阻器“一上一下”的原则,应将开关右端的接线柱与滑动变阻器上端接线柱连接.如答图所示.(2)由题图甲可知,当滑片P向B端移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,电路中的电流变大,即通过小灯泡的电流变大,故小灯泡的实际功率变大,亮度变亮.(3)由题图乙可知,电流表所选的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,则其示数为0.2 A.电压表所选的量程为0~15 V,分度值为0.5 V,则其示数为10 V.而电源电压为6 V,电压表的示数不符合题意;故此时电压表所选的量程为0~3 V,其分度值为0.1 V,则其示数为2 V.(4)灯泡的电阻受温度的影响,灯泡两端的电压越大,电阻越大;灯泡两端电压为2 V时,将其阻值代入公式P=,由于U0不变,RL偏小,故所算出灯的额定功率比真