《电学实验动态变化归类分析》

电学实验动态变化归类分析一、滑动变阻器接入范围选择计算滑动变阻器连入电路的阻值不小于多少（可拓展为选滑动变阻器的规格、计算可选择的定值电阻、计算电源电压的最大值……）1.在测小灯泡的额定功率（或电阻）、探究电流与电压的关系、测量定值电阻的阻值的实验中，选取电流最小的实验数据（若只有一组数据，则就用这一组数据），结合电源电压运用欧姆定律进行计算。例1.测量小灯泡（U额=2.5V）的实验中，得到的数据如表所示，为了完成这5次实验，应该选取最大阻值不小于________Ω的滑动变阳器（电源电压为4V）。实验次数12345电压U/V2.52.01.51.00.5电流I/A0.240.220.190.160.10简析：R滑最大时—→I最小：Imin=0.1AImin=0.1A，UL=0.5V—→Imin=0.1A，UR=4V－0.5V=3.5V—→∴R滑≥35Ω例2.探究电流跟电压的关系，电源电压为6V不变，得到实验数据如表所示。根据表甲数据计算，滑动变阳器接入电路的最大阻值为________Ω，三次实验中，滑动变阻器消耗的功率变化了________W。数据序号123电压U/V123电流I/A0.10.20.3简析：定值：Imin=0.1A，此时R滑最大Imin=0.1A，UR=1VR定=10ΩU滑=6V－1V=5V①I1=0.1A，U滑1=5VP滑1=U滑1I1=0.5W②I3=0.3A，U滑3=3VP滑3=U滑3I3=0.9W∴ΔP=P滑3－P滑1=0.4W例3.为了测定某定值电阻的阻值，现提供如下器材：待测电阻，电压表，电流表，滑动变阻器（规格分别为“10Ω1A”、“20Ω2A”、“50Ω1.5A”），开关，学生电源和若干条导线。小明连接完电路后闭合开关，把滑动变阻器的滑片从一端移到另一端的过程中，共测得了如下表所示的三组数据。若电源电压在实验过程中不变，请你根据这些数据，解答下列问题：（1）在导体电阻一定时，导体中的电流应随导体两端电压的增大而增大，可实验中电压表的示数越大，电流表的示数却越小，其原因可能是________________________________。（2）该实验中所用电源电压是________V，定值电阻的阻值是________Ω。（3）从实验数据来看，小明所选的滑动变阻器的规格应当是________________。实验次数123456电压表示数U/V3.02.82.52.01.81.5电流表示灵数I/A0.100.120.150.200.220.25简析：（1）电压表接在了滑动变阻器两端；（2）设电源电压为U，由得：，解得：U=4V于是，（3）U电源=4VImin=0.1AU滑=3V∴R滑≥30Ω2.在探究电流与电阻的关系的实验中，根据定值电阻两端电压不变，运用串联分压的比例式，找到电源电压和定值电阻两端保持不变的电压，选取定值电阻最大阻值或者滑动变阻器的最大阻值进行计算。2.1电压分配比一定，滑动变阻器范围选择例4.探究电流与电阻的关系的实验时，电源电压恒为3.0V，可供选择的定值电阻的阻值为5Ω、10Ω、15Ω、25Ω和30Ω。电路连接正确后，先用5Ω的定值电阻进行实验，移动滑动变阻器的滑片，记下电流表的示数为0.3A。为使用所有定值电阻完成实验，滑动变阻器的最大阻值不小于________Ω。简析：当R=5Ω时：I=0.3AU=IR=0.3A×5Ω=1.5V∴定值电阻两端电压为1.5VU电源=3V：定R1.5VR定滑R1.5VR滑⇒R滑=R定⇒R定max=30Ω⇒R滑=30Ω∴R滑≥30Ω熟能生巧1.（2022年湖北荆州）某学习小组计划探究电流与电阻的关系。可供使用的实验器材有：电源（电压恒为6V）、电流表、电压表、滑动变阻器、开关各一个，阻值分别为5Ω、15Ω、25Ω的定值电阻各一个、导线若干。（1）连接电路时开关应该________（选填“断开”或“闭合”）。（2）如图甲所示的实物电路中存在错误，小兰发现只需要改接一根导线就可以了，请在那一根错误的导线上画“×”，再画线把它改到正确的位置上。（导线不允许交叉）（3）图乙是小组根据测得的实验数据绘制的电流I随电阻R的变化图像，由图像可知电阻R两端的电压为________V，为保证分别使用三个定值电阻均能顺利完成实验，滑动变阻器的最大阻值至少是________Ω。2.小明在“探究电流与电阻关系”的实验中，所用电源是两节新的干电池，定值电用的阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω。（1）小明将5Ω的定值电阻接入如图甲所示的电路中，闭合开关，向右移动滑动变阻器的滑片，电压表示数________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。经检查发现电路中有一根导线连接错误，请你在错误的导线上画“×”，并用笔画线代替导线将电路连接正确。（2）改正电路后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为某一值时，电流表示数如图乙所示。接着小明用10Ω电阻替换5Ω电阻，并移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数仍为________V；（3）小明将5Ω和15Ω电阻分别接入电路，并将电压表示数调到所控制的电压时，两次实验整个电路消耗的电功率之比为________；（4）为确保所给的定值电阻接入电路后都能正常进行实验，那么，滑动变阻器的最大阻值至少为________；（5）通过实验探究，小明得出的结论是：当电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成________。（6）实验结束后，小明想测一个额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，但电流表损坏。他用四节新干电池串联作电源，另有规格为“20Ω1A”的滑动变阻器R1和一个铭牌不清的滑动变阻器R2，设计了如图丙所示的电路。请你帮他完成测量过程：①闭合开关，将滑动变阻器R1的滑片移至最左端，调节滑动变阻器R2的滑片，使电压表示数为________V，小灯泡正常发光；②保持滑动变阻器R2的滑片位置不动，将滑动变阻器R1的滑片移至最右端，读出电压表的示数为0.5V；③小灯泡的额定功率为________W。2.2电压分配比一定，定值电阻范围选择例5.探究电流与电阻的关系的实验时，电源电压恒为4.5V，滑动变阻器规格为“20Ω1A”，可供选择的定值电阻的阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω和30Ω。某同学正确连接电路后，先用5Ω定值电阻进行实验，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，此时电流表示数为0.4A。该同学还想多测量几组数据，但是他不能选用的定值电阻是________、________、________。简析：如图所示：电压：U定=IR=0.4A×5Ω=2V⇒U滑=2.5V⇒⇒⇒∵R滑max=20Ω∴∴R定≤16Ω熟能生巧3.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50Ω1A。（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________________________。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12345电阻R/Ω510152530电流I/A0.610.120.1（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________Ω。4.用甲电路探究“电流跟电阻的关系”，电源电压恒为3V，滑动变阻器规格为“50Ω2A”。（1）连接电路时开关应________；滑动变阻器滑片移动至________端（选填“A”或“B”）端；（2）滑片P移至阻值最大处，将5Ω电阻接入电路，闭合开关，移动滑片P发现，电压表始终有示数，电流表始终无示数，其原因可能是________（只填序号）：A.R短路B.R断路C.滑动变阻器短路（3）故障排除后，移动滑片P使电压表的示数如图乙所示，记下电压表的示数为________。（4）将5Ω电阻换成10Ω电阻为保持电压表示数不变，滑片P应向________（选填“4”或“B”）端移动，直到电压表的示数为________V，此时电流表的示数为________A；（5）若每次实验均选用单个定值电阻连入电路，小斌现在有“15Ω、20Ω、25Ω、30Ω、35Ω”5个电阻，你认为能供继续实验的电阻最多还有________个。（6）在电学实验中，其中三个实验都用到图丙的电路图，下列说法正确的是________。A.研究“电流与电压的关系”可以用灯泡代替定值电阻进行实验B.研究“电流与电阻的关系”每次更换电阻后，都要移动滑动变阻器使电流表示数不变C.“伏安法”测定值电阻，多次实验的目的是求平均值，减小误差D.在A、B、C选项的三个实验中，滑动变阻器的作用是完全一样的5.在“探究电流与电压、电阻的关系”实验中，部分器材选用如下：电压为6V的电源，标有“50Ω，1A”的滑动变阻器，阻值不同的定值电阻若干，其他器材，回答下列问题。电压U/V1.21.62.02.42.8电流I/A0.120.160.200.240.28（1）甲图是小明同学连接的实验电路，正准备闭合开关时，旁边的小兰急忙拦住他，说接线错了。小兰发现只要改接一根导线就可以，请把接错的那一根导线找出来，打上“×”，再画线把它改到正确的位置上。（2）闭合开关后，发现电流表无示数，电压表指针超过量程，则故障可能是定值电阻________（选填“短路”或“断路”）。（3）排除故障后，小明同学首先“探究电流与电压的关系”，并得到图乙所示的实验数据，分析数据可得结论：________________________________________________________________。（4）接着，小明又进行了“探究电流与电阻关系”的实验，先将5Ω定值电阻接入电路，在移动滑片的过程中，眼睛应注意观察__________（选填“电流表”、“电压表"或“滑动变阻器”）。（5）断开开关，取下5Ω的定值电阻，换成10Ω的值电阻，闭合开关，应移动滑片，直至电压表示数为________V时，读出电流表的示数。记录实验数据，并绘制成图乙所示图像，分析图像可知：当导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成________。【拓展】当将20Ω定值电阻换成30Ω电阻时，无论怎样移动滑片，都无法保证电压不变，原因是滑动变阻器的最大阻值________（选填“过大”或“过小”）。为了完成本实验，接入的定值电阻最大不超过________Ω。2.3电压分配比一定，电源电压范围选择例6.探究电流与电阻的关系时，电源电压保持不变，选用的定值电阻的阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω和25Ω，滑动变阻器的规格为“30Ω1.5A”。某同学先用5Ω的定值电阻进行实验，闭合开关后，移动滑片，当电流表的示数为0.4A时记下电压表的示数。若实验中电源电压有4V、6V、8V和10V四种可选，则该同学选用的电源电压可能是________V。简析：定值电阻：U=IR=0.4A×5Ω=2V⇒定值电阻两端电压2V不变R定：2VR滑：U电源－2V⇒⇒∴R滑max=30Ω，R定max=25Ω⇒熟能生巧6.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断开，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________V至________V之间；（5）正确实验结束后，得出的结论是______________________________________________________。7.小明利用实验室提供的器材：学生电源、五个定值电阻（R1=5Ω、R2=10Ω、R3=12.5Ω、R4=20Ω、R5=25Ω）、标有“20Ω1A”的滑动变阻器R0等实验器材，探究“电流与电阻关系”的实验。（1）图甲是连接的电路，其中有一根导线连接错误，请你在这根导线上打“×”，并用笔画线代替导线画出正确的连线。（2）连线正确后闭合开关，电流表无示数，电压表有示数，可能的原因是________。A.电阻R1短路B.滑动变阻器R0短路C.电阻R1断路D.滑动变阻器R0断路（3）排除故障后，闭合开关，调节滑动变阻器滑片P到某一位置，记录数据时，电流表示数如图乙中所示为________A；再依次用剩下4个电阻替换5Ω的电阻，调节滑动变阻器滑片P，直到电压表示数为________时，再记录另一只电表的读数。（4）当接入R5时，无论如何调节滑动变阻器，均不能调到所需数值，为能完成实验，电源电压选取范围是_________V。调整电源后，多次实验的结果如表所示。实验序号12345电阻阻值R/Ω51012.52025电流表示数I/A0.20.160.10.08电阻倒数/0.20.10.080.050.04（5）处理数据描绘图像时，小明选取I作图线，这样做的优点是__________________________。8.实验小组在“探究电流与电阻关系”的实验中，实验器材：三节新干电池、电流表、电压表、定值电阻（阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω、25Ω）、滑动变阻器（规格为“30Ω1A"）、开关和若干导线：（1）同学们连接的电路如图所示，检查电路时发现接线有一处错误。请你在图中将连接错误的导线画“×”，并用笔画线代替导线画出一根正确连接的导线。（2）正确连接电路后，在开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片移到________（选填“A”或“B”）端。（3）闭合开关，同学们发现电流表无示数，电压表指针偏转到最大示数的右侧，其原因可能是定值电阻________（选填“断路”或“短路”）。（4）排除故障后，分别用5Ω、10Ω、20Ω的电阻进行实验，正确操作，记录的数据如表所示：实验组次1234电阻R/Ω5102025电流I/A0.40.20.1分析实验数据可知：①实验中控制电压表的示数为________V不变；②当电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成________关系；③当使用25Ω的定值电阻做实验时，为了使电压表的示数与前三次相同，电源电压应不高于________V。二、电学实验，不合理实验数据选择火眼金睛，识别不合理数据（或者解释不合常规数据产生的原因）。常见不合理数据：滑动变阻器的最大阻值太小，不能使定值电阻两端电压为××V；灯丝电阻的变化不符合“随温度的升高而增大”的规律；探究“电流与电阻的关系”时，未保持定值电阻两端电压一定……常见不合常规的数据：电压表示数增大时，电流表示数减小（电压表并联在滑动变阻器两端）。例7.某同学探究电流与电压的关系已知电源电压恒为6.0V，滑动变阻器规格为“20Ω1.0A”。实验中得到的数据如下。其中第________次实验的数据为拼凑的，理由是________________________。实验组次12345电压U/V1.01.21.82.02.2电流I/A0.200.240.360.400.44简析：R总max=R定+R滑max=5Ω+20Ω25Ω所以，第一次实验的数据为拼凑的，理由是定值电阻两端的电压无法达到1V。例8.某同学在探究电阻一定时电流与电压关系时得到的数据如表，这些数据中第________组是明显错误的，分析时需要把它剔除掉。实验组次12345电压U/V0.30.60.91.21.5电流I/A0.080.150.230.400.38简析：根据表格电压、电流数据可求出电阻R：实验组次12345电压U/V0.30.60.91.21.5电流I/A0.080.150.230.400.38电阻R/Ω3.84.03.93.03.9可见，第4组是明显错误的。例9.小灯泡电压为2.5V。记录的部分数据如下表所示，其中有一组数据明显存在错误，这组数据是________（填数据序号）。实验组次1234电压U/V2.11.30.13.0电流I/A0.260.110.050.30简析：通过灯的电流随电压的增大而增大，根据P=UI知，灯的功率变大，灯丝的温度升高，灯丝的电阻变大，即灯的电阻随电压的增大而增大。根据表格电压、电流数据可求出电阻R：实验组次1234电压U/V2.11.30.13.0电流I/A0.260.110.050.30电阻R/Ω8.0811.82210而表中灯的电压大小关系是：U4>U1>U2>U3，第2次灯的电阻却为最大，不符合这个规律。思考：若滑动变阻器的规格为“100Ω0.5A”，剔除掉错误数据，分析后可以得出实验中电源电压不会超过_______V。解析：灯与变阻器串联，变阻器连入电路中的电阻越大，总电阻越大，由欧姆定律，电路中的电流越小，在第3次实验变阻器连入电路中的电阻最大，变阻器的电压小于：U3滑=I3R滑=0.05A×100Ω=5V由串联电路电压的规律，电源电压：U总＜U3滑+U3=5V+0.1V=5.1V熟能生巧9.在探究电流与电阻的关系时：（1）图甲是实验电路图的一部分，要完成实验，请在此基础上将实验电路图补充完整：（2）按补充完整后的图甲进行实验，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于________端；（3）闭合开关后，发现电流表的指针如图乙所示，造成这一现象的原因是_______________________；（4）通过实验，得到的实验数据如下表所示，这些数据中，有一组是明显错误的，错误数据的序号是________。数据序号123456电阻R/Ω51015202530电流I/A0.600.400.200.150.120.10熟能生巧参考答案：1.简析：（1）断开；（2）如图所示：（3）由图乙可知，电阻两端的电压始终为：U定=IR定=0.1A×25Ω=0.5A×5Ω=2.5V滑动变阻器分得的电压：U滑=6V－2.5V=3.5V—→2.简析：（1）变大；如图所示：（2）I=0.3A，R=5Ω⇒U=IR=0.3A×5Ω=1.5V（3）U=1.5V⇒R1=5Ω，I1=0.3A；R2=15Ω，I2=0.1A⇒（4）U电源=3V⇒U定=1.5V，U滑=1.5V⇒⇒R滑=R定∵R定max=2