3.在“测量小灯泡的电阻”的实验中,某同学在连接电路时,不小心将电流表和电压表换了位置,如图3所示,可能出现的现象是( )
图3
A.小灯泡不发光,电压表没有示数
B.小灯泡不发光,电流表没有示数
C.小灯泡正常发光,电压表没有示数
D.小灯泡正常发光,电流表没有示数
答案:
B
解析:
本题考查了在实验中故障分析,电压表在电路中要与被测电路并联,电流表与被测电路串联。
由于电压表的电阻非常大,在电路中可以看作是断路,所以电流表没有示数,灯泡不发光。
电压表相当于测的是电源电压,电压表有示数。
4.在“探究电流跟电阻的关系”和“伏安法测定值电阻”的两个实验中,下列说法中不正确的是( )
A.它们都是采用控制变量的研究方法
B.它们的实验电路图是相同的
C.前者多次测量的目的是分析多组数据,得出电流跟电阻的关系
D.后者多次测量的目的是求电阻的平均值,减小误差
答案:
A
解析:
在探究电流与电路和电阻的关系的实验中,需要采用控制变量的方法。
探究电流跟电阻的关系需要控制电阻两端的电压一定,更换不同阻值的电阻,调节滑动变阻器,使电阻两端电压保持一定,滑动变阻器的作用就是控制电阻两端电压一定。
在实验中多次实验的目的是找出电流与电阻之间的规律。
在伏安法测电阻的实验中,需要调节滑动变阻器,改变待测电阻两端的电压进行多次实验,测出电阻的阻值,算出平均值,减小实验误差。
这两个实验都是要测出电阻两端的电压和流过电阻的电流,所以它们的电路图是相同的。
5.在“伏安法测定值电阻的阻值”的实验中,为了使被测电阻阻值测得更准确些,下列方法可行的是( )
A.在可能的情况下,加在电阻两端的电压要尽量大一些
B.通过电阻的电流尽量大一些
C.取测得的平均值作为待测电阻的阻值
D.以上办法都可以
答案:
C
解析:
伏安法测电阻需要测出电阻两端的电压和电阻中的电流,实验中为了减小实验误差,需要进行多次测量,通过改变电阻两端的电压,测出电路中的电流,求出每次的电阻值,求电阻的平均值。
在实际的测量中由于电阻的温度变化较小,所以电阻大小变化也较小,如果电阻两端的电压很大、电流很大,会使电阻的热效应更明显,温度变化较明显,影响电阻的阻值。
6.小明同学做电学实验,通过改变滑动变阻器R3电阻的大小,依次记录的电压表和电流表的读数如下表所示,分析表格中实验数据,可推断小明实验时所用的电路可能是下列电路图中的哪—个( )
答案:
B
解析:
根据记录的实验数据,可以看出电压表与电流表的读数之比为一个定值,即电流与电压成正比。
根据欧姆定律,两个电表测量对象的阻值没有发生改变。
本题中的四个选项都是串联电路,电流表测的是串联电流。
A选项中电压表测的是变阻器R3的电压,变阻器R3的阻值发生了改变;C和D选项中电压表测的是电阻R2和变阻器R3的总电压,它们的电阻值也发生了改变。
B选项中电压表测的是定值电阻R2两端的电压,符合题意。
7.如图4所示,小华同学连接了一个测量小灯泡电阻的电路,有关该实验的以下说法错误的是( )
A.闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片滑到最左端
B.实验过程中两电表都有可能需要换接较小的量程
C.所测小灯泡的电阻可能随电压表的示数的不同而不同
D.在如图位置闭合开关后,向左移动滑动变阻器的滑片,小灯泡变亮
图4
答案:
D
解析:
本题考查了伏安法测电阻的实验,在连接电路时,开关要断开,要把滑动变阻器的滑片调至阻值最大端,检查电路无误后,再闭合开关。
根据连接的实物,电源为2节干电池,总电压为3V,所以灯泡两端的电压不高于3V,电压表的可以选用小量程,灯泡的电流也有可能小于0.6A。
灯泡是由于发热而发光,灯泡两端电压越大,流过的电流越大,灯越亮,灯丝的温度越高,其电阻也越大,所以灯泡两端电压不同时,测得的电阻也不同。
本题中的滑动变阻器接入电路的是右下接线柱,当滑片P向左移时,接入电路的电阻会变大,电路中的电流会减小,小灯泡变暗。
8.现有两个阻值不等的未知电阻R1和R2,为了判断它们的阻值大小,几个同学分别设计了如图5所示的四种电路,其中不可行的是( )
图5
答案:
D
解析:
本题主要考查了串、并联电路中电流、电压与电阻的关系。
在并联电路中,各支路电压都等于电源电压,根据欧姆定律,支路的电阻越大,电流越小,可以通过电流的大小比较出电阻的小和大,在A和C选项中可以通过电流表的示数比较电流大小,得出电阻的大小关系。
在串联电路中电流处处相等,根据欧姆定律,电阻阻值越大,则电阻两端的电压越大,可以根据电压大小来比较电阻的大小。
D选项中只能测出电路中的电流,无法比较两个电阻的大小。
9.如图6所示电路,当滑动变阻器滑片自A向B滑动时,以下关于表1、表2的性质和灯泡发光情况的判断中正确的是( )
A.表1是电流表,示数变大;表2是电压表,示数变大,灯泡变亮。
B.表1是电流表,示数变小;表2是电压表,示数变小,灯泡变暗
C.表1是电压表,示数变小;表2是电流表,示数变小,灯泡变亮
D.表1是电压表,示数变大;表2是电流表,示数变大,灯泡变暗
图6
答案:
B
解析:
根据电表的接法,电流表要和用电器串联,电压表和用电器并联。
可以判断出①表是电流表,②表是电压表。
当滑片P从A向B滑动时,变阻器接入电路的电阻变大,电路中的电流减小,所以①表的示数变小;根据欧姆定律可以知道,灯泡两端的电压减小,灯泡变暗。
10.在某一温度下,两个电路元件A和B中的电流与其两端电压的关系如图7所示,由图可知,下列说法中正确的是( )
A.元件A的阻值大于元件B的阻值
B.元件A的阻值为0.2Ω
C.把A、B两个元件并联接在2V的电源上,流过电源的电流为0.6A
D.把A、B两个元件串联接入电路,A中的电流大于B中的电流
图7
答案:
C
解析:
由导体的电流与电压的关系图可以读出某一电压时用电器中的电流,根据欧姆定律可以算出电阻大小。
本题中当导体两端的电压为2V时,元件A中的电流为0.4A,元件B中的电流为0.2A,可以算出它们各自的电阻,RA=5Ω,RB=10Ω。
元件A的电阻小于B的电阻,如果把两个元件并联接在2V的电源上,根据并联电路电流的规律,它们的总电流等于各支路电流之和,I=IA+IB=0.6A。
如果把这两个元件串联接入电路,根据串联电路电流的规律,它们的电流是相等的。
11.如图8所示,伏安法测电阻的电路图,小明在连接好电路进行实验的过程中出现了一些问题,下列故障与原因分析正确的是( )
图8
A.闭合开关,电流表指针向左偏,这是因为电流表的量程太小
B.移动滑动变阻器的滑片P,两只电表的示数均不变,这可能是把滑动变阻器的下面两个接线柱接入电路
C.闭合开关,电压表有示数,电流表无示数,这可能是电阻RX短路
D.闭合开关,电压表无示数,电流表有示数,这可能是电阻RX断路
答案:
B
解析:
这是伏安法测电阻的故障分析,通过实验要会解决实验中出现的各种问题。
闭合开关电流表指针向左偏,这是由于电流表的正负接线柱接反了,如果电流表的量程选择太小,会使电流表的指针向右偏转超过量程。
滑动变阻器在接入电路时要采用“一上一下”的接法,即四个接线柱中,要把下面的一个接线柱和上面的一个接线柱连入电路。
如果接成两个下面接线柱,此时相当于一个阻值很大的定值电阻,对电路起不到调节作用;如果接成两个上接线柱,滑动变阻器相当于一段导线,对电路也起不到调节作用。
闭合开关,电压表有示数,电流表无示数,可能是电阻RX断路;如果电压表无示数,电流表有示数,可能是电阻RX短路。
12.在测电阻的实验中,小明把电压表与滑动变阻器并联,如图9所示,在调节滑动变阻器的过程中,记录了两组实验数据。
当电压表示数为3V时,电流表的示数为0.3A;当电压表示数为5V时,电流表的示数为0.2A。
则电阻RX的电阻为( )
图9
A.10Ω B.20Ω C.25Ω D.16Ω
答案:
B
解析:
滑动变阻器与待测电阻串联,根据串联电路的电压规律,变阻器与RX两端的电压之和等于电源电压,当变阻器两端电压增大时,电阻RX两端电压就减小,并且电阻器两端电压的增大值等于电阻RX两端的电压减小值。
根据电阻的电流与电压关系图线可以得出,定值电阻的阻值等于电压除以电流,也等于变化的电压除以变化的电流,即
。
二、填空题
13.如图10所示,是利用电压表和电流表测量电阻的实验装置。
图B某一次测量时电压表的数据,则此时电压表的读数是_________,如果此时电流表的读数是0.16A,则电阻是____________Ω。
调节滑动变阻器,便电压表示数为3V时,电阻R的阻值为_________Ω,电流表的示数应为________。
图10
答案:
0.8V 5Ω 5Ω 0.6A
解析:
本题是伏安法测电阻实验中的数据处理,通过电压表的和电流表的示数,可以知道电阻R两端的电压和电流,根据欧姆定律算出电阻。
调节滑动变阻器的滑片P的位置,可以改变电阻R中的电流和两端电压,但R的阻值不变。
14.如图11所示,闭合开关S,将滑动变阻器R2的滑片向A端滑动时,电流表的示数将__________(选填“变大”、“变小”或“不变”,下空同),电压表与电流表的示数之比将_________。
图11
答案:
变大 不变
解析:
这是一个伏安测电阻的典型电路,电压表测的是电阻R1两端的电压,电流表测电路中的电流,当改变R2接入电路中的阻值时,电阻R1中的电流和电压均会变化,但R1的阻值不变,电压表与电流表示数的比值大小就等于R1的阻值。
当R2的滑片向A端滑动时,接入电路的电阻在变小,根据欧姆定律,电路中的电流在变大。
15.小明设计了如图12所示的压力测量仪,可以反映弹簧上方金属片受到压力的大小。
期中R’是滑动变阻器,R是定值电阻,电源电压恒定不变,压力表实际上是一个电压表。
当金属片受到的压力增大时,变阻器的阻值___________,压力表示数__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
图12
答案:
变大 变大
解析:
本是考查了使用欧姆定律解决实际问题的能力,使用欧姆定律判断电路中的电流和电压随电阻的变化。
这是一个串联电路,金属片、弹簧及电阻R’组成了一个滑动变阻器,当金属片受到压力时金属片向下移动,接入电路中的电阻变大,根据欧姆定律可知,电路中的电流会减小,定值电阻R两端的电压减小,R’两端的电压将变大。
16.在如图13所示的电路中,电源电压为3V,开关闭合后,电流表和电压表的读数分别是0.10A和2.0V,则通过R2的电流是______A,R1的电阻是________Ω,R2两端的电压______V。
图13
答案:
0.10A 20Ω 1.0V
解析:
这是一个串联电路,电流处处相等,即I=I1=I2=0.1A。
电压表测的是R1两端的电压,R1的电压和电流都知道,可以根据欧姆定律求出电阻的大小。
根据串联电路的电压规律,可以求出电阻R2两端的电压。
17.现要测定标有“3.8V,0.3A”字样的小灯泡正常发光时灯丝的电阻值。
给你提供的实验器材如下:
4.5V和12V的电源各一套(电源电压恒定),开关一只,导线若干,标有“10Ω,1A”的滑动变阻器一只,量程为0.6A和3A的电流表各一只。
量程为3V和15V的电压表各一只。
要求测量时电表的示数必须超过所用量程的一半。
(1)应选用______V的电源;
(2)电流表的量程应选择______A;(3)电压表的量程应选择______V。
答案:
4.5V 0.6A 15V
解析:
器材的选择是科学探究过程中的一个重要的环节,要选择合适的电源及电表量程。
可以根据题目提供的信息,分析电路中的电流大致有多大,根据灯泡的规格,要测其正常发光时灯丝的电阻值,所以灯泡两端的电压要达到3.8V,大于3V,电压表的量程应选0-15V;根据灯泡正常发光的电流,可以判定,电路中的电流小于0.6A,所以电流表的量程选择0-0.6A即可。
根据灯泡的规格,其阻值约为13Ω,在所给的变阻器中最大阻值为10Ω,所选电源只能是4.5V。
三、实验探究题
18.如图14所示的电路中,闭合开关S,灯L不亮,电压表V有示数。
已知电路中各处均接触良好,除灯L和电阻R外,其余元件均完好。
(1)该电路中存在的故障可能是__________或__________。
(2)为进一步确定故障,小明将一个电流表正确串联在电路中。
闭合开关S,观察电流表的示数情况。
若电流表有示数,说明故障是_____;若电流表无示数,说明故障是_____。
(3)为进一步确定故障,小华将图中的电压表V正确并联在灯L两端,你认为他_____(选填“能”或“不能”)查找出电路的故障,理由是__________。
图14
答案:
(1)灯L短路 电阻R断路。
(2)灯L短路 电压表断路。
(3)不能 灯L短路或电阻R断路时,电压表均无示数。
解析:
本题考查了电路故障的判断。
在串联电路中的故障有断路和短路,根据串联电路的特点,串联电路中只要有一处断路,其余各部分电路均无法工作;如果用电器被短路,相当于用导线把这个用电器两端相连,电路中仍有电流。
在电路中接入电流表,如果电流表有示数,说明电路中有短路;如果电流表没有示数,说明电路中有断路。
在断路中,断开的两端有电压,没有断开的两端没有电压;在短路中,被短路的部分相当于导线,其两端也没有电压。
19.做测定电阻阻值的实验。
(1)小明根据图15甲所示的电路图,将图乙中的实验器材连接成实验电路。
同小组的小亮在检查时认为,从实验目的来看,实验电路上有一根导线连接错了,建议小明改接。
①请你在接错的那根线上打“×”;②另画一根导线,使电路连接正确;③如果不改接这根导线,对实验的影响是:
_________________________(具体说明是什么影响)。
(2)小明将电路改接正确后,合上开关,调节变阻器的滑片到某位置时,电压表和电流表的指示如图丙所示,则电压表的读数是_________V,电流表的读数是_________A,被测电阻Rx的阻值是_________Ω。
(3)小明和小亮为他俩在全班首先获得测量结果而高兴,准备整理实验器材结束实验。
你认为他们的实验真的结束了吗?
你会给他们提出什么建议呢?
①写出你的建议:
___________________________________________;
②你提出这个建议的目的是:
____________________________。
图15
答案:
(1)答案如图所示 电压表测的是电源电压,调节变阻器无法改变电压表的示数,无法测出电阻RX的大小。
(2)1.8V 0.24A 7.5Ω
(3)改变滑动变阻器接入电路的阻值,进行多次实验 多次测量求平均值,减小实验误差。
解析:
本题主要考查了伏安法测电阻中的实验设计、数据收集等。
电压表要和被测用电器并联,本题中的电压表测的是电阻RX和滑动变阻器的总电压,无法知道待测电阻两端的电压。
在电压表和电流表读数时,要分清量程和分度值,数出指针偏转的格数,再得出具体的数值。
在测量定值电阻时,需要进行多次测量求平均值,可以减小实验误差。
在测量灯泡电阻时,不能求不同电压下灯泡电阻的平均值,因为灯丝在不同电压时,温度不同,电阻的电阻变化较大,求平均值没有意义。
20.如图16是“伏安法测电阻”的实验电路图。
(1)在图甲中的圆圈内填入电流表、电压表的符号;
(2)图乙是小虎做这个实验连接的实物图,请你指出其中的三个错误或不妥之处。
①_____________________________________________________
②_____________________________________________________
③_____________________________________________________
图16
(3)某同学规范操作,正确测量,测得三组实验数据分别是:
U1=1.8V,I1=0.14A;U2=2.4V,I2=0.2A;U3=3V,I3=0.26A。
请你在虚线框内为他设计一个表格,并把这些数据正确填写在你设计的表格内。
(4)根据表格中数据,请你算出待测电阻Rx=_____________
。
(5)分析表格中的数据,你能得出的一个结论是:
__________________________。
答案:
(1)如图所示:
(2)电压表的量程选择过大 滑动变阻器接成了两下 电流表的正负接线柱接反了
(3)表格如下:
实验次数
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
电阻平均值/Ω
1
1.8
0.14
2
2.4
0.2
3
3
0.26
(4)12.1Ω
(5)在导体的电阻一定时,导体中的电流跟导体两端的电压成正比
解析:
本题主要考查了伏安法测电阻的原理图及实验数据的处理。
伏安测电阻的实验原理是
,只要测出电阻两端的电压和电流就能算出电阻的大小,电压表与待测电阻并联,电流表与电阻是串联的。
在连接电路的过程中要注意各电路元件的接法,例如电流表、电压表和滑动变阻器的连接方法,主要是从量程的选择、正负接线柱的接法、滑动变阻器的上下接法等方面判断接法是否正确。
在测定值电阻的实验中,需要进行多次测量,求出测量值的平均值,可以减小实验误差。
本次实验中测出了电阻的三组电压和电流,根据数据只可以看出电压与电流的比值略有不同,那是由于电流表和电压表的分度值较大造成的测量误差,它们之间可以认为是成正比的。
21.如图17所示是两组同学设计的测未知电阻Rx的实验方案。
甲小组设计的方案:
器材有电压表、电流表、滑动变阻器、开关、电源(电压未知)、未知电阻Rx导线。
乙小组设计的方案:
器材有已知电阻R0、电流表、开关、电源(电压未知)、未知电阻Rx导线。
图17
设甲组电压表示数U,电流表示数I;乙组电流表示数:
S断开为I1,S闭合为I2。
请你:
(1)写出未知电阻Rx的表达式,甲组:
Rx=_________;乙组:
Rx=_________。
(2)对以上两组实验设计方案,从测量的准确性方面作出简要的评价:
__________。
答案:
(1)
(2)甲组同学利用滑动变阻器可以改变电路进行多次测量,减小实验误差;乙组同学采用了并联电压相等的方法,虽电路简单,但由于只能测量一次,所以误差较大。
解析:
本题考查了探究过程中的设计实验方案,需要对实验方案的可靠性进行判断,对各个方案进行简单评价、筛选。
甲组电路开关S闭合后,电压表示数U是待测电阻Rx两端的电压,电流表示数I是待测电阻Rx中的电流,所以由
可测出待测电阻Rx。
实验时可移动滑动变阻器的滑片,进行多次测量,求出Rx的平均值,可以减小误差。
乙组电路Rx与已知电阻R0并联,开关S闭合前,电流表示数I1是电阻R0中的电流,由U=I1R0可知电源电压;开关S闭合后,由于Rx与R0并联,则UX=U,电流表示数I2是并联电路中的总电流,则IX=I2-I1,由
,也可以求出电阻,但由于只能测一次,故误差较大。
22.如图18所示,闭合开关S,滑动变阻器取四个不同阻值时,可以得出电流表和电压表的四组对应的值。
这四组对应的值在图乙的U-I坐标中分别用A、B、C、D四个点表示(坐标原点表示的电压值和电流值均为零)。
由这四个点作出的U-I图象为一条直线,延长直线交纵轴(U轴)于E点,交横轴(I轴)于F点,若电源电压为U0=6V,定值电阻的阻值为R0=10Ω,据此分析:
(1)E点表示的电流表、电压表的示数为多少?
此时电路处于什么状态?
(2)F点表示的电压表、电流表的示数各是多少?
此时电路处于什么状态?
图18
答案:
(1)E点表示电流表示数为零、电压表示数为U0,电路处于断路。
(2)F点表示电流表示数为
,电压表示数为零,电路处于通路,滑动变阻器滑片在最左端。
解析:
由电路图可知,滑动变阻器与R0串联,V表测量的是滑动变阻器两端的电压,由图乙坐标可知,在E点对应的物理含义:
此时电路中电流为零,电压表读数是UE。
电路只有处于断路时,电路中的电流才为零,所以此时电路中的开关S是断开的,V表测得电压UE就是电源电压UE=U0。
在F点,对应的物理含义:
电流为IR,电压表读数为零。
在电路中只有滑动变阻器的电阻为零时,电压表示数才为零。
所以此时电路是通路,电路中只有R0,电流
。
用坐标图象直观表示物理量之间的数量关系,是非常重要的研究方法。
对图象的理解要与实际过程结合,要注意理解图象是如何得到的,注意一些特殊点(如E点、F点)对应的状态。