2023年中考物理复习-欧姆定律常考题型详解-两个探究实验

欧姆定律常考题型详解——两个探究实验本实验分为两个实验：1.探究电流和电压关系实验；2.探究电流和电阻关系实验。这两个实验的实验电路图均如下所示。一、探究电流和电压关系实验根据控制变量法原则，保证电阻R不变。实验步骤：①根据电路图连接实物图（滑动变阻器位于最大值、开关处于断开状态）；②闭合开关，调节滑动变阻器到合适位置（方便电压表和电流表读数即可），记录电压表和电流表示数；多次调节滑动变阻器，记录3-4组电表数据；③整理仪器，处理数据。实验结论：电阻一定时，经过电阻的电流与电压成正比。二、探究电流与电压关系实验根据控制变量法原则，保证电阻两端电压不变。实验器材：电源（6V）、开关、电流表、电压表、滑动变阻器（50Ω1A）、定值电阻R（阻值分别为5Ω10Ω20Ω30Ω）。实验步骤：①根据电路图连接实物图（滑动变阻器位于最大值、开关处于断开状态）；②将5Ω电阻连接入电路中，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表为U（此步骤中的U是任意取值，考试中常为2.5V左右）。记录电流表示数；③将10Ω电阻接入到电路中，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表回到U（此步骤解释：当电阻R增大时，则R两端电压也增大。但是本实验要“保证电压不变”，因此需要移动滑动变阻器，目的是使电阻R两端电压降到U）。记录电流表示数；④将20Ω、30Ω电阻分别依次接入电路，重复步骤③，并记录相应电表示数；⑤整理仪器，处理数据。实验结论：电压一定时，经过电阻的电流与电阻阻值成反比。此两个实验，得到欧姆定律公式：关于这个结论的一些考点和注意点，详见《“基础公式运用”的常考题型》中的“第1点”和“第2点”讲解。本实验在模拟考试和中考中，考试概率高达80%。并且出题题型非常固定。具体如下：常考一：当电阻R由5Ω变为10Ω时，电阻应该如何调节，才能使电压表示数不变当电阻R增大时，则R两端电压也增大，即电压表示数增大。但是本实验要“保证电压不变”，因此需要调大滑动变阻器。此时，滑动变阻器两端电压增大，进而使电阻R两端电压降到U。常考二：当电阻R取最大值时（上述步骤中为30Ω），若发现无论如何调节滑动变阻器，电压表示数均无法回到U。应该如何解决。方法有四个，如下：①更换滑动变阻器例1.小丽用图甲的实验电路来探究“电路中电流与电阻的关系”，电源电压恒为6V、阻值不同的定值电阻有四个（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω)。（1)连接实物电路后，闭合开关前，图中滑动变阻器的滑片P应置于______端（选填“c”或“d”)；闭合开关试触，发现电流表指针偏到零刻度线左边，如图乙所示，原因是____________________。（2)将5Ω的电阻接入a、b间，闭合开关后，移动滑片使电压表示数为U0，记录相应的电流值；然后将5Ω的电阻换成10Ω、15Ω的电阻接入a、b间，闭合开关后，滑片P应向_____（选填“c”或“d”)端移动，直至电压表示数也为U0，记下相应的电流值。（3)小丽在换用20Ω电阻做实验时，发现电阻已经损坏，她灵机动，利用现有的几个电阻解决了这个问题。请你写出小丽的做法：______________________________________。（4)小丽共测得了4组实验数据，并作出了电流与电阻的关系图象如图丙所示，图中阴影面积的物理意义是_______________，其数值为_______。（5)根据题中的数据信息，可以计算得出滑动变阻器的最大阻值应不小于______Ω。[解答]（1)由图甲知，滑动变阻器的下面接了左边的c接线柱，在闭合开关前，应将滑片移至最右端即d端，使其阻值最大；当闭合开关试触时，发现电流表指针摆动出现了如图乙所示的情况，即电流表指针反向偏转，则他们在电流表的使用上存在的问题是：电流表正负接线柱接反了；（2)将5Ω电阻换成10Ω、15Ω的电阻后，定值电阻两端分压变大，大于U0，滑动变阻器分压减小，为保持电阻两端电压不变，应向d移动滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值增大，减小定值电阻的分压，直到电压表示数为U0；（3)根据电阻串联知，当20Ω电阻损坏，可以把5Ω与15Ω的电阻串联接入ab间进行实验；（4)根据画出I-R图象（如图丙)知，图中阴影面积为长方形的面积，其面积等于IR，由欧姆定律得，U=IR，阴影面积表示的物理量是电阻两端的电压，其数值为U=IR=0.48A×5Ω=2.4V；（5)电阻两端的电压始终保持Uv=2.4V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：U滑=U-Uv=6V-2.4V=3.6V，变阻器分得的电压为电压表示数的1.5倍，根据分压原理，当接入20Ω电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：R滑=1.5×20Ω=30Ω。故为了完成整个实验，实验中所用的滑动变阻器的最大阻值应不小于30Ω。②调节定值电阻两端电压U例2.小明做“探究电流与电阻关系”实验。实验器材有：电源（电压恒为6V)、定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20ω各一只)、滑动变阻器（规格为“30Ω.5A”)、电压表（0~3V)、电流表（0~0.6A)、开关、导线若干。（1)小明连接好如图甲所示的电路，闭合开关前，应将滑动变阻器滑片移到最______（选填“左”或“右”)端，闭合开关，小明发现电压表示数接近电源电压，可能是定值电阻R出现了______（选填“短路”或“断路”)故障；（2)排除故障后，多次改变R的阻值，移动滑动变阻器滑片，使电压表示数保持不变，记下电流表示数，得到如图乙所示的电流I随电阻R的变化图象；①由图象可得结论是：______________________________________；②该实验采用的研究方法是____________________。（3)为了顺利完成本次实验，则定值电阻两端的电压可调范围为__________V。[解答]（1)闭合开关前，为保护电路，需将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，故将滑片移到最左端；闭合开关后电压表有示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则与电压表并联的定值电阻发生了断路。（2)①由图乙图象可知，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，通过导体的电流与其电阻成反比；②在探究电流与电阻关系时控制定值电阻两端的电压不变，改变电阻，这应用了控制变量法。（3)因为串联电路电流相等，所以，当定值电阻最大为20Ω时且滑动变阻器的电阻最大时定值电阻两端的电压最小，最小为：，解得UV=2.4V；由于滑动变阻器的规格为“30Ω0.5A”，所以电路的最大电流为0.5A，由欧姆定律，因此定值电阻两瑞允许的最大电压：U最大=I最大R1=0.5A×5Ω=2.5V。故定值电阻两端的电压范围为2.4~2.5V。③调节电源电压例3.在探究“电流与电压的关系”的实验中，器材有：滑动变阻器（30Ω2A)、开关、电源（电压恒为6V)各-个，电流表、电压表各一个，一个5Ω定值电阻，导线若干。（1)图甲是小明连接的实物电路，图中有根导线连接错误，请你在连接错误的导线上打“×”并画出正确的连线。（2)闭合开关前，小明发现电流表的指针如图乙所示，出现这个现象的原因是____________。（3)实验中通过调节滑动变阻器滑片，得到的数据如表所示，其中第_______组数据存在问题，原因是____________________，排除问题数据，可以得出结论：____________________________。实验次数123456电压U/V0.51.01.52.02.53.0电流I/A[拓展]完成实验后，老师让小明用该电路继续探究“电流与电阻的关系”，他选了三个定值电阻（10Ω、20Ω、30Ω)。先将10Ω电阻接入电路，调节滑动变阻器使电压表示数为2.5V；再将10Ω的电阻换成20Ω的电阻，调节滑动变阻器使电压表的示数为2.5V，他继续换成30Ω的电阻时，发现无论怎样调节滑动变阻器都无法使电压表示数为2.5V。为了完成实验，小明设计了两个调整方案，请你帮他填写完整。A.如果只更换滑动变阻器，则更换的滑动变阻器最大阻值不小于_______Ω；B.如果只降低电源电压，他应控制电源电压的范围是_______V。[解答]（1)原电路中，电压表连接错误，电压表应与电阻并联，改正后如所示：（2)闭合开关前，小明发现电流表的指针如图乙所示，出现这个现象的原因是：电流表没有调零。（3)变阻器的最大电阻为30Ω，由串联电阻的规律及欧姆定律，电路的最小电流：故第1组数据存在问题，原因是电路的最小电流为0.17A，排除问题数据，由表中数据知，因电压增大为原来的几倍，通过的电流也增大为原来的几倍，可以得出结论：电阻一定时，电流与电压成正比。[拓展]A.电阻两端的电压始终保持Uv=2.5V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：U滑=U-Uv=6V-2.5V=3.5V，变阻器分得的电压为电压表示数的1.4倍，根据分压原理，当接入30Ω电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：R滑=1.4×30Ω=42Ω，故为了完成整个实验，更换的滑动变阻器最大阻值不小于42Ω。B.根据串联电路电压的规律及分压原理：，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，电源的电压最大：故U′=5V，故如果只降低电源电压，控制电源电压的范围是2.5~5V。答案：（1)如上所示：（2)电流表没有调零：（3)1；电路的最小电流为0.17A；电阻一定时，电流与电压成正比。④电路中串联一个电阻例4.在“探究电流与电阻的关系”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。（1)电路连接时，开关应_______。（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，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”)。（4)断开开关，取下5Ω的定值电阻，换成10Ω的定值电阻，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，分析图像可知：当导体两端的电压定时，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，可接入定值电阻的范围为_______Ω到_______Ω（更换电阻时电表可能重新选择了量程）。[解答]（1)为保护电路，电路连接时，开关应断开。（2)电流表无示数，则电路可能断路，而电压表指针超过量程，说明电压表与电源连通，则原因可能是与电压表并联的定值电阻断路。（3)探究“电流与电阻的关系”时要控制定值电阻两端的电压不变，将5Ω定值电阻接入电路，在移动滑片的过程中，眼睛应注意观察电压表示数。（4)探究“电流与电阻的关系”实验中，应控制定值电阻两端的电压不变，由图乙可知，实验中控制定值电阻两端的电压Uv=IR=0.2A×10Ω=2V由图乙可知，电阻两端的电压始终保持：Uv=IR=0.2A×10Ω=……=0.04A×50Ω=2V，为一定值，故由图像可以得到的结论是：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反比。[拓展]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，当接入30Ω电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：R滑=2×30Ω=60Ω，故为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少60