例1.(2021·四川德阳·中考真题)小兰在探究“电流与电阻的关系”实验中,有如下器材:电压表、电流表、滑动变阻器、开关、电源、定值电阻R(分别为5Ω、10Ω、20Ω)及导线若干。
(1)小兰设计了如图甲所示的电路,请用笔划线代替导线将图乙所示的实物图连接完整。___________
(2)正确连接电路后,闭合开关,发现移动滑动变阻器的滑片,电流表示数变化,电压表示数始终为零,此时电路出现的故障可能是 ___________。
A.电阻R短路
B.电阻R断路
C.滑动变阻器短路
(3)小兰排除故障后继续实验,先后将3个定值电阻分别接入电路,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,直至电压表示数为2.0V,记下相应电流表示数(见下表),分析表中数据,得出的结论是:___________。
物理量/实验次数
电压/V
电阻/Ω
电流/I
1
2.0
5
0.40
2
2.0
10
0.20
3
2.0
20
0.10
(4)本实验室采用的研究方法是 ___________。
【答案】(1)
(2)A (3)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。 (4)控制变量法
【详解】(1)按电路图连接定值电阻与滑动变阻器的左上接线柱,使定值电阻与滑动变阻器串联,把电压表并联在定值电阻两端,如上图所示:
(2) A.若电阻R短路,则电压表无示数,电流表有示数,移动滑片,电流表示数发生变化,故A符合题意;
B.若电阻R断路,则电压表串联在电路中,电压表有示数,电流表无示数,移动滑片,电流表、电压表的示数不发生变化,故B不符合题意;
C.若滑动变阻器短路,则电压表有示数,电流表有示数,移动滑片,电流表、电压表的示数都不发生变化,故C不符合题意。故选A。
(3)分析表中的数据
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。
(4)本实验探究电流与电阻的关系时,控制导体两端的电压不变,采用的研究方法是控制变量法。
例2.(2021·辽宁阜新·中考真题)小亮在“探究电流与电阻的关系”实验中,使用的实验器材有:电池组、电流表、电压表、开关、5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻、滑动变阻器各一个、导线若干。
(1)先将5Ω的电阻接入如图甲所示电路中,将滑动变阻器的滑片放到______端;小亮在检查电路时,发现错接了一根导线,请你在这根导线上打“×”,并补画出正确的那根导线______。
(2)电路正确后,闭合开关,同时调节滑动变阻器,当电压表示数如图乙所示时,此时记下的电流表示数应为______A。
(3)断开开关,将电阻由5Ω换成10Ω;再闭合开关,同时调节滑动变阻器,______,记下电流表示数(将实验过程补充完整);更换不同阻值电阻重复实验。
(4)小亮用如图丙所示电路,测量额定电压为U额的小灯泡正常发光时的电阻,(U额小于电源电压),电阻R0已知,将下面实验步骤补充完整。
①只闭合开关______,移动滑动变阻器滑片使电压表示数为U额;
②只闭合开关______,保持滑动变阻器滑片位置不变,读出电压表示数为U1;
③小灯泡电阻RL =______。(用物理量符号表示)
【答案】(1)左
(2) 0.44 (3)保持电压表示数不变 (4) ①S、S2 ② S、S1
【详解】(1)在连接电路时,应将滑动变阻器的滑片移动到阻值最大处以保护电路,即将滑动变阻器的滑片放到左端,由图甲的电路可知,电流表并联接入而电压表串联接入,改正如上图所示:
(2)由图乙可知,电压表的量程为0~3V,分度值为0.1V,故此时电压表示数应为2.2V,故由欧姆定律可知,此时电流表的示数应为
(3)因探究的是电流与电阻的关系,故应控制电阻两端电压不变,将电阻由5Ω换成10Ω后,应调节滑动变阻器,保持电压表示数不变,记下电流表示数,更换不同阻值电阻重复实验。
(4)只闭合开关S、S2,此时电压表测小灯泡两端电压,移动滑动变阻器滑片使电压表示数为U额,则由欧姆定律可得,此时电路中的电流为
例3.(2021·江苏扬州·中考真题)在“探究电流和电阻的关系”实验中,器材有:电源(6V),电阻箱(0-9999Ω),滑动变阻器(200Ω 1A),电压表、电流表,开关和导线若干;
(1)请用笔画线代替导线,将实物电路连接完整,使滑片向左移动时电阻减小______;
(2)第一组数据的测量过程中,有下列步骤,正确的顺序是______;
①保持开关断开,连接实物电路
②检查电路无误后闭合开关
③读出电流表的示数,断开开关
④将滑动变阻器的金属滑片置于阻值最大处
⑤转动电阻箱的旋钮使它的阻值为20,调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为4V
(3)将电阻箱调到15Ω,闭合开关,发现电流表示数如图所示,示数为______A,该电流值与15Ω电阻值______(填“能”或“不能”)作为第二组数据记在表格中,此时电压表示数为0V可能发生的故障是______。
例4.(2021·湖北鄂州·中考真题)晓东用如图所示的电路,探究“通过导体的电流与电压、电阻的关系”,电源电压不变。
(1)晓东设计了如图甲所示电路图,请用笔画线代替导线将实物电路图乙连接完整______。要求:滑动变阻器的滑片向左滑动时,电路中的电流变大。
(2)在探究“电流与电压的关系”实验中,选定某一定值电阻进行实验,多次调节滑动变阻器的目的是______。
(3)在探究“电流与电阻的关系”实验中。
①每次改变电阻R的阻值后,要进行的操作是______,并记下对应的电流表示数。
②在做第4次实验时,将电阻R的阻值从15Ω调为20Ω后,就直接记录电流表示数,这个示数可能是______(选填A、B、C、D选项)。
实验次数
1
2
3
4
5
R/Ω
5
10
15
20
25
I/A
0.6
0.3
0.2
0.12
A.0.2A B.0.18A C.0.15A D.0.13A
③晓东同学及时更正错误,完成实验后,通过分析实验数据,初步得出的结论是______。
【点睛】本题探究“通过导体的电流与电压、电阻的关系”,考查电路连接、控制变量法、数据分析、串联电路的规律及欧姆定律的运用,综合性较强。
例5.(2021·湖北黄石·中考真题)如图甲所示是“探究电压一定时,电流跟电阻关系”的实验电路图,已知电源电压恒为4V,滑动变阻器(30Ω 1A)以及符合实验要求的电表,开关和导线。
(1)实验中小明同学多次改变R的阻值,记下对应电流表的示数,得到如图乙所示的电流I随电阻R变化的图象,由图象可以得出结论:当导体两端电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成______比;
(2)由图乙可知,小明探究时,控制电阻两端电压______V不变;
(3)如果小明同学连好电路后闭合开关,移动滑动变阻器滑片P,发现电流表有示数,电压表无示数,则该故障可能是由R______(选填“短路”或“断路”)造成的;
(4)小明为了能够完成上述实验,更换的电阻R的阻值不能超过______Ω;
(5)上述实验结束后,小明又设计了如图丙所示的电路,只用电压表来测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率,已知滑动变阻器的最大阻值为10Ω,其测量过程如下
①闭合开关S、S2,断开S1,将滑动变阻器的滑片移到最上端,电压表示数为4V;
②闭合S、S1,断开S2,移动滑动变阻器使电压表读数为______V时,小灯泡正常发光;
③闭合S、S2,断开S1,保持滑动变阻器的滑片与②步的位置相同,此时电压表示数为2V;
④根据上述测量,可知小灯泡的额定功率P额=______W。
【答案】反 2.5 短路 50 1.5 0.75
【详解】(1)根据图像知,导体的电阻越大,通过导体的电流越小,且电阻与电流的乘积为一定值,可得出结论:当导体两端电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
【思维拓展】探究电流与电阻的实验中,求解电压表控制不变的范围时,要保证电路中各元件的安全,所以需要找到电路中允许通过的最大电流Imax。只有确保最小电阻完成实验,其余电阻才能顺利完成,所以电压表示数Umax=ImaxR定小(结果不能超过电源电压);当电路中电流最小,即变阻器电阻全部联入电路中且定值电阻最大时,电压表示数
计算电源电压的范围时,在保证电路安全的前提下,为了完成实验,电源电压至少(最小)要等于控制的电压表示数;根据串联分压原理,电压表示数(定值电阻两端电压)一定时,定值电阻越大,所需的滑动变阻器的阻值也越大,所以当最大的电阻完成实验,才能保证所有的电阻都能完成实验。所以此时
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