4.5电和磁实验探究（一）【讲】（解析版）

2024年中考物理核心素养提升4.9电和磁实验探究（一）电和磁实验探究的基本问题1.连接电路时开关必须断开。2.闭合开关前，滑动变阻器的滑片需要处于连入电路的阻值最大处。3.电流表要与被测电路串联，让电流从“正（+）”接线柱流入，从“负（-）”接线柱流出，注意量程的选择。4.电压表要与被测电路并联，让电流从“正（+）”接线柱流入，从“负（-）”接线柱流出，注意量程的选择。5.滑动变阻器需要“一上一下”的串联到所需的电路中，才能起到改变电流的作用。移动滑片时，对接入电路中的电阻大小变化，由下端的接线柱决定。滑片距离下端接入的接线柱越远，滑动变阻器接入电路中的电阻值越大，反之，越小。一、探究串、并联电路中电流、电压的特点【常考点归纳】（一）探究串、并联电路中电流的特点1.出现电流表指针指在零刻度左侧的原因分析：（1）若果没有通电，则是没有对其“调零”；（2）若果已经通电，则是“正、负”接线柱接反了。这可能导致指针损坏。2.电流表的读数。电流表读数时，首先要观察接入的量程：（1）若果是接入的小量程，则需要读刻度下边的数值，分度值为0.02A，一般不估读；（2）若果是接入的大量程，则需要读刻度上边的数值，分度值为0.1A，一般不估读。3.选择电流表量程的原则：（1）不超过量程；（2）能用小量程的，一定不能用大量程；需用大量程的，一定不能使用小量程。4.当只有一只电流表进行测量时，测完一个点或者一条支路的电流，需要测量另外的点或支路的电流时，必须首先切断电源（断开开关），再拆除电表，串连入需要测量的地方，注意正负接线柱的连接顺序。5.结论：（1）在串联电路中，电流处处相等；（2）在并联电路中，干路中的电流等于各支路电流之和。注意：不能说“各支路电流之和等于干路电流”！（二）探究串、并联电路中电压的特点1.出现电压表指针指在零刻度左侧的原因与电流表相同。2.电压表的读数。电压表读数时，首先要观察接入的量程：（1）若果是接入的小量程，则需要读刻度下边的数值，分度值为0.1V，一般不估读；（2）若果是接入的大量程，则需要读刻度上边的数值，分度值为0.5V，一般不估读。3.选择电压表量程的原则与电流表相同。4.当只有一只电压表进行测量时，测完一个点或者一条支路的电流，需要测量另外的点或支路的电流时，必须首先切断电源（断开开关），再拆除电表，并连入需要测量的地方，注意正负接线柱的连接顺序。5.结论：（1）在串联电路中，各部分电压之和等于电源电压；（2）在并联电路中，各支路电压相等。【中考题实例剖析】例1【2023成都】某小组同学利用如图所示电路探究串联电路中的电压关系。（1）下列操作不正确的是。A.连接电路时，开关S处于断开状态B.连接电压表时，试触后再选择合适量程C.将电压表A接点连线转接至C接点，测量L2两端电压（2）测量灯泡L1两端电压时，两灯突然熄灭，电压表示数变为0，若故障可能是由某只灯泡“短路”或“开路”引起的，则发生故障的灯泡及故障类型是。（3）该小组同学用电阻箱代替故障灯泡，继续进行实验，记录数据如下表所示。实验次数UAB/VUBC/VUAC/V第1次0.82.02.8第2次1.01.82.8第3次1.41.42.7分析表中实验数据，在误差允许范围内，可得出的结论是。A.串联电路中各处电流相等B.灯泡阻值随灯泡两端电压增大而增大C.串联电路中电阻值越大的部分两端电压越大D.串联电路两端的电压等于各部分电路两端的电压之和【分析与解答】（1）为了保护电路，连接电路时，开关S处于断开状态，A正确；为了不超过量程，所以电压表可通过试触来选择合适的量程，B正确；测量完L1两端的电压后，在测量L2两端的电压时，将电压表A接点连线转接至C接点，这样导致电压表正负接线柱接反了，不能测量出L2两端电压，C错误。（2）两灯泡都熄灭，可能是某个灯泡断路或两个灯泡都短路，题设中故障可能是由某一只灯泡“短路”或“开路”引起的，所以应该是一个灯泡断路，由于电压表的示数为零，说明电压表与电源的两端不相连，断路的是小灯泡L2。（3）分析表格数据，在误差允许的范围内，比较AB间、BC间、AC间的电压值可得：串联电路中总电压等于各部分电路电压之和。【答案】（1）C（2）小灯泡L2断路（3）D二、探究影响导体电阻大小的因素【常考点归纳】1.实验方法：（1）控制变量法；（2）转换法：将导体电阻的大小转化为电流表示数的大小或者小灯泡的明暗程度变化。2.一般不直接用小灯泡的明暗程度变化来显示导体电阻的大小。这是因为当导体的电阻大小变化较小时，小灯泡的亮度变化较小，不易观察比较。3.只有一段导体，可以完成探究导体的长度与其电阻的关系；也可以探究导体横截面积与其电阻的关系（方法是：先测出接入该导体一半长度时电流表的示数，再将其对折，测出其并联后接入电路时电流表的示数，比较其示数大小即可）；但是不能探究导体的电阻与材料之间的关系。4.学习了“伏安法测电阻”之后，可以进一步对本实验探究。我们可以直接用伏安法测出其阻值，这样使探究更科学。此时不需要“转换法”。5.结论：（1）同种材料的导体，在长度相同时，横截面积越大，电阻越小；（2）同种材料的导体，横截面积相同时，长度越长，电阻越大；（3）当导体的长度和横截面积相同时，材料不同，电阻不同；（4）导体的电阻，还与导体的温度有关，一般情况下，温度越高，电阻越大。【中考题实例剖析】【例2】探究影响电阻大小的因素。某小组探究电阻的大小与哪些因素有关。他们设计了如图所示的实验电路。电源电压不变，保持滑动变阻器滑片位置不变，分别将a、b、c、d四根电阻丝接入电路，得到表格所示的数据。编号长度/dm横截面积/mm2材料电流/Aa0.50.4锰铜合金0.20b0.50.4镍铬合金0.16c0.50.2镍铬合金0.08d1.00.2镍铬合金0.04（1）在MN间分别接入b、c电阻丝，探究的是电阻跟导体的_______的关系；（2）要探究电阻与长度的关系，可选择______（填编号）电阻丝进行实验；（3）实验中a、b、c、d四根电阻丝的电阻由大到小排列应为；（4）一个同学探究电阻与横截面积的关系时将电阻丝d接入电路，读出电流表示数，然后再将电阻丝d对折后接入电路中，发现电流表示数变大。据此，他得出结论：导体的横截面积越大，电阻越小；他的这种实验方法是______（选填“正确”或“错误”）的，理由是。【分析与解答】（1）在MN间分别接入b、c电阻丝，由表中数据可知，长度和材料相同，而横截面积不同，故探究的是电阻跟导体的横截面积的关系。（2）c、d的材料和横截面积相同，长度不同，要探究电阻与长度的关系，可选用编号为c、d的两根电阻丝进行实验。（3）电流表串联在电路中，由R=U/I可知电压一定，导体电阻越大，电路电流越小，导体电阻越小，电路电流越大，根据表格数据可知实验中a、b、c、d四根电阻丝的电阻由大到小排列应为d、c、b、a。（4）实验应采用了控制变量法，将电阻丝d对折后既改变了横截面积，也改变了长度，所以实验方法是错误的。【答案】（1）横截面积

（2）c、d

d、c、b、a

（3）错误

没有控制电阻丝的长度相等三、探究电流通过导体产生的热量多少与什么因素有关【常考点归纳】1实验方法：（1）控制变量法；（2）转换法（将产生热量的多少，转换为U型管中液注上升的快慢或多少等）。2.实验设计：（1）控制电流相同的方法：将阻值不同的两个电阻串联在同一电路中。（2）改变电流大小的方法：=1\*GB3①引入滑动变阻器；=2\*GB3②在容器外并联一个电阻分流。（3）反映产生热量多少的方法：=1\*GB3①在相同的容器中装入相等质量的煤油或者水，仿照“比较不同物质的吸热能力”实验中判断吸收热量多少的方法：加热相同的时间，观察温度计示数的变化；=2\*GB3②在相同的密闭容器中加热等质量的空气，观察温度计示数的变化；=3\*GB3③在相同的密闭容器中加热等质量的空气，观察U形管中液面高度的变化。3.结论：（1）在电阻和加热时间相同时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多；（2）在电流和加热时间相同时，导体的电阻越大，电流通过导体产生的热量越多；（3）在导体的电阻和电流相同时，加热时间越长，电流通过导体产生的热量越多。【中考题实例剖析】【例3】【2023枣庄】在探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关的实验中。某兴趣小组猜想：电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。于是他们利用甲、乙、丙三个装置进行实验探究，如图所示，三个装置的透明容器中各有一段电阻丝，容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。（1）要探究电热与电阻的关系。应选用组合，并将它们接到电源两端进行实验。（2）选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，在通电时间相同的情况下，发现乙装置U形管中液面高度变化大，由此可得到的结论是：在电阻相同、通电时间相同的情况下，。（3）实验中通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列实例采用研究方法与此相同的是（）A.探究电流与电压、电阻的关系B.用铁屑显示磁体周围磁场分布C.研究光的传播时，引入“光线”D.探究平面镜成像的特点【分析与解答】（1）探究电热与电阻的关系，需要控制电流和通电时间相同，电阻不同，所以应选用甲、乙组合串联接到电源两端进行实验。（2）乙、丙两组电阻相同，将它们串联接到电源两端通电相同时间，因为丙装置中的电流被分成了大小相等的两股，用于加热透明容器中空气的电流只有乙的一半大小，所以通过乙电阻的电流大，乙装置U形管中液面高度变化大，由此可得出的结论是：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过导体电流越大，产生的热量越大。（3）实验中通过观察U形管中液面高度变化反映密闭空气温度变化，用到的是转换法；探究电流与电压、电阻的关系用到的是控制变量法；用铁屑显示磁体周围磁场分布用到的是转换法；研究光的传播时，引入“光线”是理想模型法；探究平面镜成像的特点用到的是等效替代法。【答案】（1）甲、乙串联（2）通过导体电流越大，产生的热量越多（3）B四、影响电磁铁磁性强弱的因素【常考点归纳】1.实验方法：（1）控制变量法；（2）转换法（将电磁铁的磁性强弱转换为电磁铁吸引小铁钉或大头针的数目的多少）。2.判断电磁铁的极性。3.连接滑动变阻器。4.按要求移动滑动变阻器的滑片，判断电流大小的变化。5.结合电磁铁、电磁继电器多方面考查。6.结论：（1）若电流的大小相同，线圈的匝数越大，电磁铁的磁性越强；（2）若线圈的匝数相同时，线圈中的电流越大，电磁铁的磁性越强；（3）有铁芯时的磁性比无铁芯时强。【中考题实例剖析】【例4】在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”实验中，小明制成简易电磁铁甲、乙，并设计了如图所示的电路。（1）实验中通过观察______来判断电磁铁磁性的强弱；（2）当滑动变阻器滑片向左移动时，电磁铁甲、乙吸引大头针的个数______（填“增加”或“减少”），说明电流越______，电磁铁磁性越强；（3）根据图示的情境可知，______（填“甲”或“乙”）的磁性强，说明电流一定时，______，电磁铁磁性越强；（4）根据右手螺旋定则，可判断出乙铁钉的上端是电磁铁的______极；（5）电磁铁吸引的大头针下端分散的原因是______。【分析与解答】（1）磁铁能吸引大头针，吸引的大头针越多，则磁铁的磁性越强，所以磁性的强弱可借助观察电磁铁能够吸起的大头针的数量来判断，属于转换法的应用。（2）当滑动变阻器滑片向左移动时，滑动变阻器的阻值减小，电路中的电流变大，电磁铁的磁性强弱与电流大小有关，电流越大，电磁铁的增强越强，能够吸引大头针的个数增加。（3）由图可知：甲吸引大头针的个数较多，说明甲的磁性较强，甲乙串联，电流相等，甲的线圈匝数大于乙的线圈匝数，说明电流一定时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强。（4）螺线管中的电流方向向左，根据右手螺旋定则可知，四指指向与电流方向相同，拇指指向乙铁钉的下端，则乙铁钉的下端是N极，乙铁钉的上端是电磁铁的S极。（5）大头针被磁化，同一端的磁性相同，同名磁极互相排斥，所以下端分散。【答案】（1）吸引大头针的多少

（2）增加

强

（3）甲

匝数越多

（4）S

（5）大头针被磁化，同名磁极相互排斥五、探究感应电流产生的条件【常考点归纳】1.产生感应电流的条件的归纳。 2.探究感应电流的方向与什么因素有关。3.电磁感应现象的应用：发电机的工作原理。4.产生感应电流的条件：（1）电路是闭合的；（2）闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动。【中考题实例剖析】【例5】【2023北京】（1）小京用图甲所示的装置进行实验，闭合开关的瞬间，观察到小磁针______的现象，说明电流周围存在磁场；（2）小京用图乙所示的装置进行实验，其中灵敏电流计指针偏转的方向可以反映电路中的电流方向。使金属棒ab向左做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向右偏转，如图乙所示；保持磁场方向不变，使金属棒ab向右做切割磁感线运动，灵敏电流计指针向左偏转，如图丙所示。小京探究的问题是：______。【分析与解答】（1）如图，闭合开关的瞬间，导线中有电流通过，由于通电导线周围存在磁场，小磁针受到电流的磁场作用而发生偏转。（2）保持磁场方向不变，改变导体切割磁感线的方向，灵敏电流计指针偏转方向也发生改变，说明感应电流方向发生改变，所以小京探究的问题是感应电流的方向与金属棒切割磁感线运动的方向是否有关。【答案】（1）发生偏转（2）感应电流的方向与金属棒切割磁感线运动的方向是否有关【中考真题精选精练】1.【2023南京】用如图所示的电路探究并联电路特点，闭合所有开关，发现：现象1：灯L1发光：现象2：灯L2不发光。对此现象的原因有以下三种猜想：猜想1：干路上某根导线断路猜想2：灯L2的灯丝断路猜想3：灯L2支路某根导线断路（1）根据现象______（填数字）可以判断猜想1是错误的；（2）若灯L2不发光的原因是由猜想2或猜想3引起的，用以下两种方法可以验证：方法1：不添加器材且不拆除导线。具体操作是：______；方法2：在干路上串联一个滑动变阻器，再用一根完好的导线接在L2的A、B两端，闭合所有开关，若观察到现象______，则猜想______（填数字）正确。【答案】（1）1（2）将灯L1与灯L2互换位置，若灯L1发光灯L2不发光，则猜想2正确；若灯L1不发光灯L2发光，则猜想3正确灯L1发光3【解析】（1）灯L1发光说明干路是通路，因此可以判断猜想1是错误的。（2）将灯L1与灯L2互换位置后，若灯L1发光灯L2不发光，则说明干路及原灯L2所在支路没有问题，问题在灯L2自身，因此故障原因是猜想2；若灯L1不发光灯L2发光，则说明干路及灯L2自身没有问题，因灯L1自身也没有问题，所以猜想3正确；用一根完好的导线接在L2的A、B两端，导线将灯L1及L2均短接，若观察到灯L1发光，说明灯L1所在支路有电流通过，干路没有断路，灯L2被短接后电流并没有在灯L2支路通过，因此猜想3正确。若观察到灯L1不发光，说明用一根完好的导线接在L2的A、B两端后，灯L1也被短路，从而说明灯L2的灯丝断路，因此猜想2正确。2.【2023南充】小红同学利用图甲所示的电路来探究串联电路的部分特点。已知R1=20Ω、R2=10Ω、R3=8Ω、R4=4Ω，电源电压可调。（1）请根据图甲所示电路图用笔画线，代替导线将图乙所示实物图补充完整（此时电源电压为3V）；（2）电路连接完成后，闭合开关S，发现电压表有示数、电流表无示数；小红同学又将电压表并联在R2两端闭合开关S，发现电压表、电流表均无示数。则电路中可能存在的故障是_________（选填字母）；A．R1处断路B．R2处短路C．电流表处短路（3）排除故障后，继续实验。实验中，小红同学调节了电源电压，换用了不同的电阻，分别将电压表并联在AB、BC、AC两端，收集的数据如表，表格中第2次实验空格处的数据为_________。在误差范围内，探究串联电路中总电压与各部分电压关系时，分析表中数据可得到结论是__________；探究串联电路中电压与电阻关系时，分析表中数据可得到结论是__________。I/AUAB/VUBC/VUAC/V1R1与R2串联0.12132R2与R3串联21.63.63R3与R4串联0.43.21.64.84R1与R4串联0.361.27.2【答案】（1）（2）A（3）0.2串联电路两端电压等于各部分电路两端电压之和在串联电路中，各部分电路两端电压之比等于各电路的电阻之比【解析】（1）[1]已知电源电压为3V，当R1、R2串联接入电路时，电路中的总电阻最小，则此时电路中的电流最大，最大电流：I=UR=UR1+R2=3V20Ω+10Ω=0.1A。0.1A<0.6A，所以电流表选用的量程为0~0.6A。电流表要串联接入电路，且电流要从“+（2）电路连接完成后，电压表测R1两端电压，闭合开关S，发现电压表有示数、电流表无示数，说明电路中存在断路；将电压表并联在R2两端，电压表测R2两端电压，闭合开关S，发现电压表、电流表均无示数，说明与电压表串联的电路是断路，即R1发生断路，A正确。（3）当R2、R3串联接入电路时，通过它们的电流相等，电流大小：I2=UABR2=2V10Ω=0.2A。探究串联电路中电压的关系时，分析表中数据可以发现：UAC=UAB+UBC在串联电路中，通过电路的电流：I′=UABRAB=UBCRBC3.为探究导体电阻大小的影响因素，某同学利用同种合金材料制成的a、b、c三条电阻丝（不考虑温度对电阻的影响进行实验，a、b长度相同，b、c粗细相同，如图1所示，连接电路，分别接入电阻丝a、b、c，闭合开关后电流表的三次示数如图2所示，根据示数可以得出以下结论：（1）电阻大小不仅跟导体横截面积有关，还跟导体的_______有关；（2）_______电阻丝的阻值最小（选填“a”、“b”、“c”）。【答案】（1）长度

（2）c（1）同种合金材料制成的a、b、c三条电阻丝中，a、b长度相同，b、c粗细相同，不考虑温度对电阻的影响时，三电阻丝分别接入电路时，电流表的示数不同，说明三电阻丝的阻值不相等，故可得结论：电阻大小不仅跟导体横截面积有关，还跟导体长度有关。（2）从图中可知：接入c电阻丝时，电路中的电流最大，所以c电阻丝的阻值最小。4.【2023北京】小京在复习时，用两端电压不变的电源及其他器材再次做了如图所示的实验。她将电阻丝R1、R2先后分别接入电路中的a、b两端，闭合开关后，观察到接入R2时，小灯泡的亮度更亮，电流表的示数更大。已知灯泡亮度变亮时，灯丝电阻变大。请分析并判断R1与R2阻值的大小关系。（可画电路图辅助说明）【答案】R1＞R2【解析】R1、R2分别接入电路中，等效电路如图甲、乙所示：电源电压U不变，电流I1<I2，灯丝电阻RL<RL'。依据欧姆定律UL=I1RL，UL'=I2RL'，可知UL<UL'。依据串联电路的电压关系，R1、R2两端电压分别为：U1=U-UL,U2=U-UL′，可知:U1＞U2。依据公式:R1=U1/I1,R2=U2/I2，可知:R1＞R2。5.【2023枣庄】在探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关的实验中。某兴趣小组猜想：电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，于是他们利用甲、乙、丙三个装置进行实验探究，如图所示，三个装置的透明容器中各有一段电阻丝，容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。（1）要探究电热与电阻的关系。应选用__________组合，并将它们__________接到电源两端进行实验。（2）选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，在通电时间相同的情况下，发现乙装置U型管中液面高度变化大，由此可得到的结论是：在电阻相同、通电时间相同的情况下，__________。（3）实验中通过观察U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列实例采用研究方法与此相同的是__________。A．探究电流与电压、电阻的关系B．用铁屑显示磁体周围磁场分布C．研究光的传播时，引入“光线”D．探究平面镜成像的特点【答案】（1）甲、乙串联（2）通过导体的电流越大，产生的热量越多（3）B【解析】（1）[要研究电热与电阻的关系，需要控制通过电阻的电流与通电时间相同，而电阻的阻值不同，因此选用甲和乙组合，将它们串联接到电源两端进行实验。（2）乙和丙，由于串联在电路中，可知通过电路乙中5Ω电阻的电流大于通过丙中5Ω电阻的电流，当在通电时间相同的情况下，发现乙装置U型管中液面高度变化大，可知气压差越大，温度差越大，热量越多，可以得出的结论是：通过导体的电流越大，产生的热量越多。（3）A．实验中通过观察U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，这用到了转化法，而探究电流与电压、电阻的关系时，用到的方法是控制变量法，A错；B．用铁屑显示磁体周围磁场分布时，磁体周围磁场的强弱转化为吸引铁屑的多少，B正确；C．研究光的传播时，引入“光线”，这是模型法，C错；D．探究平面镜成像的特点，用到的是替代法，D错。选B。6.【2023北京】小京用如图所示的电路探