专题7　电学探究实验（解析版）

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断开，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该移至B（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，故障原因可能是定值电阻R处断路。（3）实验中，不能被选用的电阻为2.5Ω，若要全部电阻都能继续实验，需要换一个最大电流至少是1.2A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3V至4.8V之间。（5）正确实验结束后，得出的结论是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。【解答】解：（1）实物图中，要使滑动变阻器的滑片P向B端移动时接入电路的电阻变大，滑动变阻器的下接线柱要接入A，据此作图如下：（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阻值最大位置，因此滑片应该移至B端；闭合开关后，电流表示数为0，说明电路中出现断路，电压表示数很大，说明电压表与电源正负两极相连接部分的电路处于通路状态，问题出在电压表两接线柱之间的电路，因此故障原因可能是定值电阻R处断路。（3）选用2.5Ω电阻时，电路电流为：I=U而滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，选用2.5Ω电阻会损坏滑动变阻器，因此实验中不能被选用的电阻为2.5Ω；根据公式I=UR可知，电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比，因此选用2.5（4）当滑动变阻器连入电路的阻值为0时，电路中的电流最大，电源电压最小，此时电源电压最少为3V；当滑动变阻器连入电路的阻值为15Ω时，电路中的电流最小，电源电压最大，由题意可知，最小电流为：I小=U则滑动变阻器两端电压为：U变＝I小R变＝0.12A×15Ω＝1.8V：电源电压此时为：U总＝UR+U变＝3V+1.8V＝4.8V，故电源电压应该控制在3V至4.8V之间。（5）正确实验结束后，得出的结论是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。故答案为：（1）见上图；（2）断开；B；定值电阻R处断路；（3）2.5；1.2A；（4）3；4.8；（5）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。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，开关应断开；（2）为确保实验顺利进行，电压表应选用的量程是0～3V（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，电流表不会（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移到阻值最大处。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B；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：在电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比；（5）上述实验所选用的滑动变阻器是R2（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B。R/Ω1020304050I/A0.60.30.20.12A．0.2B．0.17C．0.15D．0.13【解答】解：（1）按照电路图连接实物图时，为保护电路，开关应断开。（2）电压恒为3V，为确保实验顺利进行，电压表应选用的量程是0～3V。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，即电压表串联在电路中，因电压表内阻很大，电路的电流几乎为0，故若此时闭合开关，电流表不会被烧坏。（3）正确连好电路后，闭合开关前，为保护电路，要将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处。闭合开关，若电流表示数为0，说明电路可能断路；电压表示数接近电源电压，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的电路以外的电路是完好的，则与电压表并联的电路断路了，则故障可能是定值电阻R断路，故A不符合题意，B符合题意。故选B。（4）由图乙知，电阻的电流与电阻之积为：UV＝IR＝0.4A×5Ω＝2V为一定值，故由图像可以得出结论：电压一定时，电流与电阻成反比；（5）电阻两端的电压始终保持UV＝2V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压为：U滑＝U﹣UV＝3V﹣2V＝1V，变阻器分得的电压为电压表示数的0.5倍，根据分压原理，当接入25Ω电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：R滑＝0.5×25Ω＝12.5Ω，故为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少12.5Ω的滑动变阻器，上述实验所选用的滑动变阻器是R2。（6）研究通过导体的电流与电阻的关系要保持导体两端的电压不变，电阻两端的电压U电阻箱＝I1R1＝0.6A×10Ω＝6V，当电阻R的阻值为40Ω时，电路中的电流应该为：I′=U小华将电阻R的阻值从30Ω调为40Ω后，要保持电阻两端电压不变，应向右移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变大，滑动变阻器分压变大，从而使电阻两端电压减小保持不变，因此，当未移动滑动变阻器时，电路中的电流应该大于0.15A而小于0.2A，故选B。故答案为：（1）断开；（2）0～3V；不会；（3）最大；B；（4）在电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比；（5）R2；（6）B。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电流表的示数来体现，小灯泡的主要作用是保护电路。（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小灯泡断路。（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导体长度有关；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，你认为不妥之处是只有一根电阻丝只能探究导体电阻与导体长度的关系，改进的办法是选取长度、粗细与MN相同，材料不同和长度、材料与MN相同，粗细不同的两根电阻分别与电路相连。（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，但是亮度大致相同的，结合同学们的探究可以得出灯泡的亮暗决定于实际电功率。【解答】解：（1）通过比较电路中电流的大小，判断导体电阻的大小，这种方法称为转换法，故该实验中，导体电阻大小主要用电流表来体现；如图所示的电路，灯泡与电阻串联，一方面增大了电路电阻，对电路限流，防止烧毁电流表和电源，故小灯泡的主要作用是保护电路；另一方面，通过灯泡的亮暗变化，也可以可直观比较阻值大小的变化；（2）闭合开关，小灯泡不亮，电流表也没有示数，说明电路可能断路；小明用电压表并在小灯泡两端检查，却发现电压表有偏转，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，则与电压表并联的支路断路了，即小灯泡不亮的原因是小灯泡断路；（3）闭合开关，小明将右边夹子向左滑动时，电阻丝材料和横截面积不变，长度变短，观察到电流表示数变大，说明电路中电阻变小，故可得出导体电阻大小与导体长度有关；（4）影响导体电阻大小的因素有：导体的材料、长度和横截面积；图1的实验装置只有一根电阻丝，无法改变电阻丝的材料和横截面积，故只能研究导体电阻与导体长度的关系；要进行后续的实验，故改进的办法是：选取长度、粗细与MN相同，材料不同和长度、材料与MN相同，粗细不同的两根电阻分别与电路相连；（5）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，发现灯泡两端的电压和通过的电流都不同，说明灯泡的亮暗决定于实际功率。故答案为：（1）电流表的示数；保护电路；（2）小灯泡断路；（3）导体长度；（4）只有一根电阻丝只能探究导体电阻与导体长度的关系；选取长度、粗细与MN相同，材料不同和长度、材料与MN相同，粗细不同的两根电阻分别与电路相连；（5）亮度；实际电功率。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丙（选填“甲”、“乙”或“丙”）的观点。（2）为了验证猜想一，应该选用编号A、B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A、C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，导体电阻跟材料有关。（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三（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控制变量法。【解答】解：（1）在M、N之间分别接上不同的导体，则通过观察电流表示数来比较导体电阻的大小，故选丙；（2）要验证猜想一：导体的电阻可能与导体的长度有关，应控制导体材料与横截面积相同而长度不同，由表中数据可知，应选编号为A、B的两根电阻丝进行实验；（3）要验证猜想二：导体的电阻与导体的横截面积有关，应控制导体材料与长度相同而横截面积不同，由表中数据可知，应选编号为A、C的两根电阻丝进行实验（4）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，导体电阻跟材料有关；（5）要探究电阻大小与导体材料的关系时，需保证电阻丝的长度、横截面积相同，材料不同，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三的实验验证；（6）以上研究所采用的科学方法是控制变量法。故答案为：（1）丙；（2）A、B；（3）A、C；（4）材料；（5）三；（6）控制变量法。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，则他连接的电路不一定（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电源电压太低；（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I额；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＝I1R【解答】解：（1）观察实物图可知，电路中定值电阻和电压表被短路，定值电阻应串联在电路中，电压表应并联在定值电阻的两端，如图所示：（2）电路中定值电阻和滑动变阻器串联，闭合开关时，滑动变阻器接入电路中的阻值最大，则滑动变阻器两端的电压和通过的电流较大，则定值电阻两端的电压值偏小，因此电流表和电压表的示数很小，因此他连接的电路不一定有问题。因滑动变阻器连入电路的阻值调到0，电路变成只有R的简单电路，而R阻值约为10Ω，由图乙可知此时通过定值电阻的电流为0.04A，则R两端的电压即电源电压U＝UR＝IR＝0.04A×10Ω＝0.4V，则该实验出现的问题是电源电压太低。（3）①移动变阻器的滑片至最右端，闭合开关S、S2，断开开关S1，此时滑动变阻器连入的阻值最大为R0，电路为滑动变阻器的简单电路，电流表的示数为I1，根据欧姆定律可得电源电压为U＝I1R0；②闭合S、S1，断开S2，移动滑动变阻器的滑片使电流表的示效为I额，灯泡正常发光；③闭合开关S、S2，断开开关S1，滑片位置不变，电流表的示数为I2，则滑动变阻器接入电路中的电阻R=U④在②中，此时变阻器左边电阻丝与灯串联，电流表测电路中的电流，根据电阻的串联及欧姆定律有R+R即I1解得：R1故答案为：（1）见解答；（2）不一定；电源电压太低；（3）I额；I1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＝2.8V。（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＝(2.8V−U2【解答】解：（1）由题知，要求图甲中的电压表接在R0两端，因两节干电池的最大电压为3V，所以电压表应选用“0～3”量程，注意电流从“+”接线柱流入，从“−”接线柱流出，如图所示：（2）由（1）可知电压表选用“0～3V”量程，分度值为0.1V，图乙中指针指在2.8刻度线上，读数为2.8V；（3）闭合开关S1和S时，RX被短路，电路为R0的简单电路，电压表测电源电压，则电源电压为2.8V；断开S1，闭合S，则RX和R0串联，电压表测R0两端的电压，U0＝U2，根据串联电路的电压特点，Rx两端的电压为UX＝U1−U2＝2.8V−U2，由串联分压知识得：UxU2=故答案为：（1）如上图所示；（2）2.8；（3）(2.8V−U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：①；断路。（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0.75W。②实验中所使用的滑动变阻器的规格可能为D。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①；电源电压为3V，灯的U﹣I图像与变阻器电流随电压的变化关系图像交点，表示灯的电压与变阻器的电压相等，由串联电路电压的规律可知此时灯与变阻器的电压都为1.5V。【解答】解：（1）电流表示数始终为零，电路可能断路，电压表示数始终为3V，说明电压表与电源连通，已知仅导线发生故障，则图1中导线①发生了断路，导致电压表串联在电路中了；（2）①根据U﹣I图像知，灯泡两端电压等于额定电压2.5V正常发光，此时通过它的电流为0.3A，小灯泡的额定功率为：P额＝U额I＝2.5V×0.3A＝0.75W；②根据U﹣I图像知，灯泡两端的电压为0.5V时，电流为0.1A，串联电路总电压等于各部分电压之和，串联电路各处电流相等，根据欧姆定可得此时实验中所使用的滑动变阻器连入电路的电阻为：R滑=U−U1I1（4）由题知，电源电压为3V，灯的U﹣I图像与变阻器电流随电压的变化关系图像交点，表示灯的电压与变阻器的电压相等（串联电路各处的电流相等），故由串联电路电压的规律，此时灯与变阻器的电压都为1.5V，由下图知，只有图3中的虚线①符合这个条件。故答案为：（1）①；断路；（2）①0.75；②D；（3）①；电源电压为3V，灯的U﹣I图像与变阻器电流随电压的变化关系图像交点，表示灯的电压与变阻器的电压相等，由串联电路电压的规律可知此时灯与变阻器的电压都为1.5V。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连接电路时没有断开开关。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C。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【解答】解：（1）小灯泡的额定电压为2.5V，灯丝电阻约为12Ω，则灯泡的额定电流约为：I=U滑片向左移时灯泡变暗，即电流变小，电阻变大，故变阻器应选右下接线柱与灯串联接入电路中，如下图所示：；（2）连接好电路的最后一根导线时，电压表指针立刻偏到最大刻度处，说明连接电路时没有断开开关；（3）方案一中，开关S接b时，移动滑动变阻器的滑片，当电流表示数为0.25A时，即定值电阻的电压为2.5V，由并联电路电压的规律，灯的电压为2.5V，灯正常发光；开关S接a时，电流表测干路电流，由并联电路电流的规律可得出灯的额定电流，根据P＝UI，方案一能测定小灯泡的额定电功率；方案二中，通过开关的转换，无法确定灯是否正常发光，则方案二不能测定小灯泡的额定电功率，故选C。故答案为：（1）见解答图；（2）连接电路时没有断开开关；（3）C。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0.75W。（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，断开开关S1，闭合开关S、S2，记下电压表的示数为U1；③小灯泡的额定功率P＝U0×(U1−U0)【解答】解：（1）由乙图知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，所以示数为0.3A；小灯泡的额定电功率：P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W；（3）连好电路后，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，即为小灯泡的额定电压U0；②保持滑动变阻器的滑片位置不变，断开开关S1，闭合开关S、S2，记下电压表的示数为U1；则定值电阻两端的电压U′＝U1﹣U0；电路中的电流：I=U'故小灯泡额定功率的表达式：P额＝U额I额=U故答案为：（1）0.75；（2）②断开开关S1，闭合开关S、S2；③U0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B（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）图甲中电流表（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2.4V，小灯泡的额定功率为1.2W。（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I1；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＝I12R0（用题中物理量字母表示）。【解答】解：（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，电路可能断路，电压表的示数接近3V保持不变，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的部分断路了，为了排除故障，接下来的操作合理的是拧紧小灯泡和它两端的接线柱，选B；（2）灯的额定电流为0.5A，故电流表选用小量程，故图甲中电流表的量程选择不合理；（3）排除故障后，正确连接电路，使小灯泡正常发光，电压表选用小量程，分度值为0.1V，示数为2.4V，小灯泡的额定功率为：P＝UI＝2.4V×0.5A＝1.2W；（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I1；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在①中，灯与变阻器串联，电流表测电路的电流，电流表示数为I1，故灯正常发光；在②中，电阻箱与变阻器串联，电流表示数仍为I1，由等效替代法，电阻箱的示数R0；即为灯正常发光时的电阻，则小灯泡的额定功率表达式P额＝I12R0。故答案为：（1）B；（2）电流表；（3）2.4；1.2；（4）I1；I12R0。【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＝0.2A。（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＝0.2W；（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D。A.P0＝2P1B.P0＝3P1C.P0＝4P1D.P0＝5P1【解答】解：（1）闭合开关S1，将开关S2扳向“1”，滑动变阻器与灯泡串联，如图乙所示，电流表量程为0～0.6A，分度值为0.02A，则电流表的示数为I1＝0.2A；（2）将开关S2扳向“2”，保持滑动变阻器的滑片位置不变，使滑动变阻器接入电路的阻值不变，调节电阻箱连入电路的阻值，当电流表示数为I1时，此时电阻箱连入电路的电阻与上次实验中电流为I1时灯丝电阻相同；故灯泡的电阻R1＝5Ω；（3）由（2）知灯丝中电流为I1时，灯丝的阻值R＝5Ω，则小灯泡的实际功率：P实＝I12R＝（0.2A）2×5Ω＝0.2W；（4）若小灯泡的额定电流为I0＝2I1，假设灯泡的阻值不变，则P额＝I02R＝（2I1）2R＝4I12R＝4P1。由于灯泡的阻值不是定值，会随温度的升高而变大，所以，当灯泡在正常工作时，灯泡的阻值变大，则额定功率P0＞P额＝4P1，所以最有可能的额定功率值P0＝5P1。故选：D。故答案为：（1）0.2；（3）0.2；（4）D。2．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：滑动变阻器的滑片没有置于阻值最大位置。（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，则故障原因可能是灯泡处断路。（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1.05W。（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偏大（选填“偏大”或“偏小”）。【解答】解：（1）为保护电路，闭合开关前滑动变阻器滑片应置于阻值最大位置，而图甲中，闭合开关前滑片没有置于阻值最大位置；（2）闭合开关，灯泡不亮，且电压表有示数、电流表示数始终为零，造成这种故障的原因是灯泡处断路；（3）由图乙可知，电流表选用小量程，分度值为0.02A，示数为0.42A，则小灯泡的额定功率为：P＝UI＝2.5V×0.42A＝1.05W；（4）由图知，电压表与小灯泡并联，所测电压较准确，而电流表测通过小灯泡和电压表的电流，所测电流偏大，由P＝UI可知所测小灯泡的额定功率与真实值相比偏大。故答案为：（1）滑动变阻器的滑片没有置于阻值最大位置；（2）灯泡处断路；（3）1.05；（4）偏大。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A（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B（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＝1.25W，小灯泡的电阻与其两端电压变化的规律：小灯泡的电阻随其两端电压的增大而增大。（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U1•U2−【解答】解：（1）如图，滑动变阻器右半段接入电路，当滑片处于A端时，滑动变阻器接入电路电阻最大，电路电流最小，滑动变阻器起保护电路作用。（2）如乙图，电压表使用0～3V的量程，每一大格表示1V，每一小格表示0.1V，读图可知电压表示数是1.8V，小灯泡额定电压是2.5V，测量小灯泡的额定功率，使小灯泡两端的电压为额定电压，所以要增大小灯泡两端的电压，减小滑动变阻器两端的电压，使滑动变阻器接入电路的电阻减小，故滑片向B端移动。（3）由图像知，小灯泡的额定电压是2.5V，额定电流是0.5A，所以小灯泡的额定功率：P额＝U额I额＝2.5V×0.5A＝1.25W。由图像知，小灯泡两端的电压为0.5V、1.5V、2.5V时，小灯泡中的电流分别为0.2A、0.4A、0.5A，根据欧姆电流得，小灯泡的电阻分别为：R=UI=0.5V0.2A=2.5Ω，R'=U'由计算知，小灯泡两端的电压增大时，小灯泡的电阻也增大，故小灯泡的电阻随其两端电压的增大而增大。（4）闭合开关S、S1，电压表测量小灯泡两端的电压，移动滑片P使电压表的示数为U1，即小灯泡两端的电压是U1，保持滑片P位置不动，只断开开关S1，闭合开关S2，电压表测量小灯泡和定值电阻两端的电压，记下电压表的示数为U2，定值电阻两端的电压是U0＝U2﹣U1，定值电阻中的电流I0=U定值电阻和小灯泡串联，根据串联电路电流处处相等，则小灯泡中的电流是I＝I0=U小灯泡的功率：P＝UI＝U1•U2故答案为：（1）A；（2）B；（3）1.25；小灯泡的电阻随其两端电压的增大而增大；（4）U1•U24．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3V，小灯泡的发光情况为不发光（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C。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，你认为这种说法不合理（选填“合理”或“不合理”）。理由是探究导体中的电流与电压的关系要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化。【解答】解：（1）甲图中，电流表与变阻器并联，电压表串联在电路中测电源电压，如果闭合图甲所示电路的开关，电压表的示数约为3V，因电压表内阻很大，故电路的电流为0，小灯泡的发光情况为不发光；（2）电流表应与串联在电路中，电压表与灯并联，如下图所示：（3）小张从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，此时电路的电流最小，根据小灯泡的U﹣I图像知，此时的电流为0.1A，对应的电压为0.5V，根据串联电路规律及欧姆定律，变阻器连入电路的最大电阻为：R滑=U滑I（4）这种说法不合理，探究导体中的电流与电压的关系要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化。故答案为：（1）3；不发光；（2）如上图所示；（3）C；（4）不合理；探究导体中的电流与电压的关系要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化。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③⑦之间发生断路（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C。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“＝”）。【解答】解：（1）因要求滑动变阻器连入电路，使之接入电路的阻值最大，故应将左下接线柱连入电路中，如下图所示；（2）由图2可知，电流表示数为0，说明电路可能断路；图中电压表示数接近电源电压，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，则与电压表并联的灯泡断路了，即接线柱间⑥⑦之间发生了断路；（3）因电压电压为3V，由图3可知，当灯的电压为0.5V，通过的电流为I＝0.1A，因小明从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，根据串联电路的规律和欧姆定律，此时变阻器连入电路中的最大电阻：R滑=U−U1故选用C“25Ω2A”的变阻器；（4）当滑动变阻器电阻R滑变小时，根据分压原理，变阻器的电压变小，由串联电路电压的规律，灯泡两端电压增大；由图3知，通过灯的电流也增大，根据P＝UI可知，灯的实际功率增大，灯丝温度升高，灯泡电阻R灯变大；因通过灯的电流即电路中电流变大，说明电路中的总电流变大，故总电阻R变小；根据R＝R滑+R灯可知，只有当R滑的减小量大于R灯的增加量才会让总电阻变小，即△R1＞△R2；故答案为：（1）如上图所示；（2）⑥⑦之间发生断路；（3）C；（4）＞。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C。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，是图中的丁电路。【解答】解：（1）由电路图可知，定值电阻R1与滑动变阻器R2串联，电压表测V2两端的电压。A．移动滑片P时，R2接入电路中的电阻发生变化，由电阻的串可知，电路的总电阻发生变化，故A错误；B．当所测身高越大时，滑片上移，R2接入电路中的电阻变大，由串联电路的分压特点可知，R2两端分得的电压变大，即电压表的示数越大，故B错误；C．由串联电路的特点和欧姆定律可得，电压表的示数U2＝IR2=UR1+D．当滑片位于R2下端时，接入电路中的电阻为零，电路为R1的简单，电压表的示数为0V，则电压表的示数可以由零变化到最大刻度值，故D错误；故选：C；（2）甲图：R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，由电压表的示数U2＝IR2=UR1+乙图：R1与R2串联，电压表测R1两端的电压，所测身高越大时，R2接入电路中的电阻变大，由串联电路的分压特点可知，R2两端分得的电压变大，由串联电路的电压特点可知，R1两端的电压变小，即显示仪（电压表）的示数变小，故B不符合题意；丙图：R1与R2串联，电压表测R2滑片上方电阻丝两端的电压，由电压表的内阻很大、在电路中相当于断路可知，所测身高越大时，滑片上移，电压表所测电阻丝的阻值减小，但接入电路中的电阻不变，根据欧姆定律可知电路中的电流不变，显示仪（电压表）的示数变小，故C不符合题意；丁图：R1与R2串联，电压表测R2滑片下方电阻丝两端的电压，所测身高越大时，滑片上移，电压表所测电阻丝的阻值增大，但接入电路中的电阻不变，根据欧姆定律可知电路中的电流不变，显示仪（电压表）的示数变大，且刻度均匀，故D符合题意。故选：丁。故答案为：（1）C；（2）丁。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。①按照电路图连接电路，记下开关S断开时电压表的示数U；②闭合开关S，记下电压表的示数U1。（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）：(U−U1【解答】解：根据实验电路丙图可知，将R1与电源（r）串联起来，将电压表并联在R1两端。当S断开时，电压表测的是电源电压；当S闭合时，电压表测的是R1两端电压，利用串联电路电流规律和电压规律即可求解。所以实验步骤：①按照电路图连接电路，记下开关S断开时电压表的示数U；②闭合开关S，记下电压表的示数U1。因为串联电路电流相等：则U1R1故答案为：（3）①按照电路图连接电路，记下开关S断开时电压表的示数U；②闭合开关S，记下电压表的示数U1；（4）(U−U8．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该力敏电阻的阻值随压力的增大而减小。（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（量程0～3V）、最大阻值为25Ω的滑动变阻器R1、开关各一个，定值电阻3个，分别为R2（60Ω）、R3（30Ω）、R4（10Ω），导线若干。请合理选择器材完成任务。要求：①画出实验电路图。②写出主要实验步骤和需测量的值（用字母表示）。③为精确测量，电表指针偏转要达到最大量程的23【解答】解：（1）由图知，该力敏电阻的阻值随压力的增大而减小；（2）由图可知，压力为12N时，力敏电阻大小为80Ω；压力为16N时，电阻为60Ω，故当压力F为15N，力敏电阻在60Ω和80Ω