专题7　电学探究实验（原卷版）

专题7电学探究实验热点搜寻:电学实验中,除了出现频率最多的测量电功率,出现比较频繁的探究实验是欧姆定律、焦耳定律、影响电阻大小的因素、灯泡亮暗与什么因素有关等实验。主要考查的是控制变量法、运用串并联电路特点控制变量和分析、设计电路的能力。【例题精析】类型1规律探究类实验小明同学在“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“15Ω1A”。（1）请用笔画线代替导线，将图中实物电路连接完整，要求滑动变阻器的滑片P向B端移动时接入电路的电阻变大。（2）连接电路时开关应该，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该移至（A/B）端，闭合开关后，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，不能被选用的电阻为Ω，若要全部电阻都能继续实验，需要换一个最大电流至少是的滑动变阻器。（4）保证可用电阻均能正常进行实验，电源电压应该控制在V至V之间。（5）正确实验结束后，得出的结论是。物理实验兴趣小组组织实验探究活动，通过使用电源（电压恒为3V），电流表、电压表，开关，规格不同的定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω），滑动变阻器（规格分别为“10Ω1A”的R1和“15Ω1A”的R2），以及导线来探究电流与电阻关系的实验，实验前同学们设计了如图甲所示电路图。（1）按照电路图连接实物图时，开关应；（2）为确保实验顺利进行，电压表应选用的量程是（选填“0～3V”或“0～15V”）；连接好电路后，他检查电路时发现电压表、电流表位置接反了，若此时闭合开关，电流表（选填“会”或“不会”）被烧坏；（3）正确连好电路后，闭合开关前要将滑动变阻器的滑片P移到阻值处。闭合开关，此时电路中电流表无示数，电压表示数接近电源电压，移动滑动变阻器的滑片P，电流表、电压表示数均无变化，则故障可能是；A．定值电阻R短路B．定值电阻R断路（4）排除故障后，多次改变R的阻值，调节滑动变阻器的滑片P，使电压表示数保持不变，记下电流表的示数，画出如图乙所示的电流随电阻R变化的图像，由图像可以得出结论：；（5）上述实验所选用的滑动变阻器是（选填“R1”或“R2”）；（6）另一组同学用不同的实验器材（电源电压未知，但不变），仍然利用甲图所示的电路探究“电流与电阻的关系”时获得下表的实验数据，在进行第四次实验时将定值电阻的阻值由30Ω调为40Ω后就直接读出电流表的示数，这个示数可能是。R/Ω1020304050I/A0.60.30.20.12A．0.2B．0.17C．0.15D．0.13类型2研究物理量影响因素类在研究导体电阻与哪些因素有关时，小明采用了如图1所示的电路进行探究，其中他选用的电阻丝MN电阻较大。（1）该实验中，导体电阻大小主要用来体现，小灯泡的主要作用是。（2）闭合开关，小灯泡不亮，电流表也没有示数，小明用电压表并在小灯泡两端检查，却发现电压表有偏转，则小灯泡不亮的原因是。（3）故障排出后，闭合开关，小明将右边夹子向左滑动时，观察到电流表示数变大，由此小明可得出导体电阻大小与有关；同时发现，当电流表示数明显变大时，小灯泡亮度变亮。于是他还得出了“灯泡的亮度由电流大小决定，电流越大灯泡越亮”的结论。（4）随着后续的学习，小明发现利用图1的实验装置研究导体电阻与哪些因素有关时存在不妥之处，你认为不妥之处是，改进的办法是。（5）为了验证小明“灯泡的亮度由电流大小决定，电流越大灯泡越亮”的结论，小红同学将“6V3W”、“6V2W”的两个小灯泡L1和L2串联在6V的电源上，闭合开关观察，发现两个小灯泡的亮度却不同。正在大家感到困惑时，老师给同学们做了以下实验：将这两个小灯泡按图2甲、乙所示电路图分别接入电路中，调节滑动变阻器，让两灯亮度相当时，记录各自的电压、电流值。观察了记录结果后，同学们发现灯泡两端的电压和通过的电流都不同，但是大致相同的，结合同学们的探究可以得出灯泡的亮暗决定于。在探究影响导体电阻大小的因素时，小明作出了如下猜想：猜想一：导体的电阻可能与导体的长度有关；猜想二：导体的电阻可能与导体的横截面积有关；猜想三：导体的电阻可能与导体的材料有关。实验室提供了4根电阻丝，其规格、材料如表所示：编号材料长度/m横截面积/mm2A镍铬合金0.50.5B镍铬合金1.00.5C镍铬合金0.51.0D锰铜合金0.50.5（1）如图所示的是“探究影响导体电阻大小因素”的实验电路，在M、N之间分别接上不同的导体，通过观察相关的现象可以比较导体电阻的大小，有三位同学对图中的电路设计分别提出了自己的观点：甲：电流表多余的，观察灯泡的亮度就可以判断导体电阻的大小乙：灯泡是多余的，根据电流表示数的变化可以判断导体电阻的大小丙：灯泡和电流表同时使用更好，因为灯泡可以保护电路，从而防止烧坏电流表你赞同（选填“甲”、“乙”或“丙”）的观点。（2）为了验证猜想一，应该选用编号两根电阻丝分别接入电路进行实验；（3）为了验证猜想二，应该选用编号两根电阻丝分别接入电路进行实验；（4）分别将A和D两电阻丝接入电路中M、N两点间，电流表示数不相同，由此，初步得到的结论是：当长度和横截面积相同时，导体电阻跟有关。（5）小钢在探究同样的课题时，手边只有一根电阻丝，那么，他利用这根电阻丝和上述电路不能完成对猜想（选填“一”、“二”或“三”）的实验验证。（6）以上研究所采用的科学方法是。类型3物理量测量类如图甲所示电路，某班级同学在做“用伏安法测量电阻R的阻值”的实验，待测电阻R的阻值大约10Ω左右。（1）图甲是小亮同学连接的电路，其中有一条导线连接错误，请在该导线上打“×”并用笔画线代替导线画出正确的连线；（2）连接完电路后，小亮闭合开关，发现电流表和电压表的示数都非常小，则他连接的电路（填“一定”或“不一定”）有问题；正确连接和实验，当把滑动变阻器连入电路的阻值调到0，发现电流表的示数如图乙所示，电流过小，这样会影响实验的准确性，则该实验出现的问题是；（3）上述实验结束后，小亮同学又设计了图丙所示的电路，只用一个电流表测量已知额定电流为I额的小灯泡正常发光时的电阻。已知滑动变阻器的最大阻值为R0，电源电压未知，测量过程如下：①移动滑动变阻器的滑片至最右端，闭合开关S、S2，断开开关S1，并记下电流表的示数为I1；②闭合开关S、S1，断开开关S2，移动滑动变阻器的滑片使电流表的示数为；③闭合开关S、S2，断开开关S1，滑片位置不变，记下电流表的示数为I2；④小灯泡正常发光时的阻值R1＝。（用已知和测量的物理量的符号表示）用两节旧的干电池、两个开关、一个电压表、一只阻值为R0＝20Ω的定值电阻、导线若干，测量未知电阻Rx的阻值，电路实物图如图甲所示。（1）用笔画线代替导线将图甲中的电压表接在R0两端。（2）正确连接电路，闭合开关S1和S电压表示数为U1，如图乙，U1＝V。（3）断开S1，闭合S，电压表示数为U2，若电源电压不变，忽略电阻大小对温度影响，则Rx＝（用题中给的字母表示）。小明用图1所示电路来测量小灯泡的电功率（部分器材的规格已标明）。（1）闭合开关进行实验，小明发现无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数始终为3V，而电流表示数始终为零。已知仅图1中导线①、②或③中的一根发生故障，请指出发生故障的导线，并写出故障名称：。（2）小明进行了六次实验，记录实验数据并在U﹣I图像中描点，得到小灯泡两端的电压与电流的关系图像如图2所示。则根据记录的数据和图像可知：①小灯泡的额定功率为W。②实验中所使用的滑动变阻器的规格可能为。A.5Ω2AB.10Ω2AC.20Ω1AD.30Ω1A（3）实验结束后，小明继续对滑动变阻器两端电压与通过它的电流关系进行探究，画出了对应的U﹣I图像（如图3），请你在图中“①”、“②”或“③”三条虚线中选择正确的一条，并说明你选择的依据。类型4电路设计类在“测定小灯泡的电功率”的实验中，选用如图甲所示的器材，其中电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V（灯丝电阻约为12Ω）。（1）请用笔画线代替导线将图甲“测定灯泡额定功率的实物图”连接完整（要求滑片向左移时灯泡变暗，连线不得交叉）。（2）小明在连接好电路的最后一根导线时，发现电压表指针立刻偏到最大刻度处，小灯泡却不亮，且电流表也没有示数，上述现象反映他在操作中存在的不规范之处是。排除故障后，继续实验，根据实验测得的数据，绘制出小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图像（如图乙），测出小灯泡的额定功率，发现小灯泡灯丝电阻是变化的。（3）完成上述实验后，小明进行了反思：如果电表损坏了，能不能借助其他实验器材完成实验？经过思考，小明打算增加一个阻值为10Ω的电阻R0，只利用一只电表（理想电表），通过开关S接“a”、“b”各一次的简单操作来测量小灯泡的额定功率。方案一、二是小明设计的两种不同方案的电路图。则以下判断正确的是。A.两种方案都能B.两种方案都不能C.方案一能，方案二不能D.方案一不能，方案二能小乐通过实验测量标有“2.5V”字样的小灯泡的额定功率，回答问题：（1）小乐按图甲所示电路图连接电路，闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示，可得小灯泡的额定功率为W。（2）小乐在实验中发现电流表损坏了，但她认为不使用电流表也能完成实验，于是她又向老师要了一个阻值为R0的定值电阻和2个开关，重新设计了如图丙所示的电路，正确连接电路后的实验步骤是：①闭合开关S、S1，断开开关S2，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5V；②保持滑动变阻器的滑片位置不变，，记下电压表的示数为U1；③小灯泡的额定功率P＝（写出字母表达式，用灯泡额定电压U0及R0、U1表示）。有一只小灯泡的铭牌上仅能看清“0.5A”的字样，小强为了测量该小灯泡的额定功率，进行了如下实验：（1）他连接了如图甲所示的电路，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡不亮，电流表的示数始终为零，电压表的示数接近3V保持不变，为了排除故障，接下来的操作合理的是（填字母）。A．拧紧开关两端的接线柱B．拧紧小灯泡和它两端的接线柱（2）图甲中（填仪器名称）的量程选择不合理。（3）排除故障后，正确连接电路，使小灯泡正常发光，电压表示数如图乙所示为V，小灯泡的额定功率为W。（4）小强对实验进行了拓展，利用如图丙所示的电路，测出了另一只已知额定电流为I1的小灯泡的额定功率，请完成实验步骤：①闭合开关S1，开关S2连接b，移动滑动变阻器的滑片，使电流表示数为；②保持滑动变阻器的滑片位置不变，开关S2连接a，调节电阻箱的阻值，使电流表示数为I1，读出电阻箱的示数为R0；③则小灯泡的额定功率表达式：P额＝（用题中物理量字母表示）。【针对训练】1．小科同学利用电流表和电阻箱测量小灯泡的功率，设计并连接了如图甲所示的实物电路。（1）闭合开关S1，将单刀双掷开关S2扳向“1”，调节滑动变阻器的阻值使电流表的示数为I1，如图乙所示，I1＝A。（2）将开关S2扳向“2”，保持滑动变阻器的阻值不变，调节电阻箱的阻值R，使电流表的示数仍为I1，此时R＝5Ω。（3）步骤（1）小灯泡的实际功率P1＝W；（4）在实际测量中，若小灯泡的额定电流为I0＝2I1，以下关于灯泡额定功率P0与实际功率P1的数值关系，你认为可能的是。A.P0＝2P1B.P0＝3P1C.P0＝4P1D.P0＝5P12．在“测量小灯泡的功率”实验中，电源为2节干电池，小灯泡标有“2.5V”字样。（1）按图甲方式连接好电路，小敏刚要闭合开关时，同组同学提醒他的操作有一个不妥之处，请你帮他指出：。（2）闭合开关后，无论怎样调节滑动变阻器，小敏发现小灯泡始终不发光，电压表示数接近于3V保持不变，电流表示数始终为零，则故障原因可能是。（3）排除故障后，小敏闭合开关进行实验，当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为W。（4）实验结束后，小组同学对测量结果进行误差分析，考虑到电压表中也有电流通过，该电路所测小灯泡的额定功率与真实值相比（选填“偏大”或“偏小”）。3．小明在测量小灯泡电功率的实验中，选用的电源电压为4.5V，小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为5Ω。（1）闭合开关前，图甲中滑动变阻器的滑片应位于（选填“A”或“B”）端。（2）闭合开关，滑片移动到某位置时，电压表的示数如图乙所示。要获得小灯泡的额定功率的数据，滑片应向（选填“A”或“B”）端移动。（3）改变滑片的位置，获得多组对应的电压、电流值，绘制了如图1所示的I﹣U图像。由图像可知，小灯泡的额定功率P额＝W，小灯泡的电阻与其两端电压变化的规律：。（4）小明打算增加个阻值为R0的电阻，用图2所示的电路测量小灯泡的电功率。闭合开关S、S1，移动滑片P使电压表的示数为U1；保持滑片P位置不动，只断开开关S1，闭合开关S2，记下电压表的示数为U2，则小灯泡的电功率为。（用已知字母表示）4．在一次测量小灯泡额定功率的实验中，所用电源由两节新干电池串联组成，小灯泡上标有“2.5V”字样（小灯泡额定功率约为0.7W）。聪明而粗心的小鹏连接了如图甲所示的电路。（1）同组的小张发现电路连接有错，如果闭合图甲所示电路的开关，电压表的示数约为V，小灯泡的发光情况为（选填“正常发光”、“亮度较暗”或“不发光”）。（2）小张主张拆了以后重新连接，可是时间来不及了，小鹏眼珠一转，在图甲电路中只改变了某根导线一端的接点位置，就能测量电路中小灯泡额定功率。请在图甲中错误的导线上画“×”，并画出小鹏改动的那条导线。（3）故障排除后，小张从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡的U﹣I图像，如图所示，测得小灯泡的额定功率是0.75W，所用滑动变阻器的规格是下列四个选项中的。A.5Ω，2AB.15Ω，2AC.25Ω，2AD.30Ω，2A（4）有的同学认为该实验可以用来探究导体中的电流与电压的关系，你认为这种说法（选填“合理”或“不合理”）。理由是。5．小明用如图1所示电路来测量小灯泡的电功率（部分实验器材的规格已标明）。（1）请用笔画线代替导线将图1中滑动变阻器连入电路，使之接入电路的阻值最大；（2）实验中，小明发现无论怎样调节滑动变阻器，两电表指针始终处于图2所示位置，则故障是（3）故障排除后，小明从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡U﹣I图象如图3所示，所用滑动变阻器的规格是下列四个选项中的。A．“5Ω2A”B．“15Ω2A”C．“25Ω2A”D．“30Ω2A”（4）某次调节中，滑动变阻器接入电路的阻值减小了△R1，小灯泡的阻值变化了△R2，则△R1△R2（填“＞”、“＜”或“＝”）。6．某实验小组的同学决定设计一个简易的身高测量仪，可用器材有电压恒定的电源、电压表、电阻丝、定值电阻、开关、导线（若干）等。他们的设想是：用滑片在绷直的电阻丝上滑动代替滑动变阻器；将电压表改装成身高显示仪﹣﹣所测身高越大，显示仪示数越大，且刻度均匀。（1）同学们设计了如图所示电路，老师指出他们的设计有不够合理的地方。你认为下列分析正确的是。A．移动滑片P时电路的总电阻没有变化B．当所测身高越大时，电压表的示数越小C．电压表的示数变化量跟身高变化量不成正比D．电压表的示数不能由零变化到最大刻度值（2）在老师的引导下，同学们设计出了正确的电路，是图中的电路。7．小金用图甲所示的电路探究串联电路电压的规律，实验时意外发现：“当变阻器滑片P向左移时，两电压表的读数之和减小。”他产生了疑惑，在老师的引导下，知道了用久的普通干电池内部有不可忽略的电阻，可将它看作一个理想电源（电压U恒定，电阻为0）与一个电阻r的串联（图乙所示），为了测量干电池电阻r，他选择了适当器材，设计出如下的实验方案。（1）选用的器材：一个电压表，符合实验要求的已知阻值的定值电阻R1，导线和开关若干，一节旧干电池。（2）设计出了如图丙的实验电路图。（3）请你根据他所设计的电路图，帮他写出主要的实验步骤和需测量的物理量。。（4）请你帮他写出干电池电阻r的数学表达式（用已知量和测量量表示）：。8．力敏电阻的阻值会随着其表面受到的压力大小的改变发生变化，科技节小明想制作电子秤参加比赛，网购了一款力敏电阻，在说明书上查阅到该力敏电阻阻值与压力变化的关系如图所示。（1）从图中得到的初步结论是。（2）小明读图时发现，在压力F为15牛，图中无法准确读出该力敏电阻Rx的阻值，小明利用下列器材进行测量：该型号力敏电阻、15牛的重物、电压恒为3V的电源、电压表（量