4.7 電路分析與應(yīng)用3 實驗探究目錄:4.7.1  伏安法測電阻(小燈泡阻值或未知電阻Rx阻值)4.7.2  串并聯(lián)電路電阻電流電壓特點4.7.3  探究電流與電阻的關(guān)系(電壓一定時)課題探究IU的關(guān)系探究IR的關(guān)系“伏安法”測定值電阻“伏安法”測小燈泡電阻方法控制變量法R電路圖電路連接按照設(shè)計的電路圖連接電路(如圖所示),連接電路時,開關(guān)S應(yīng)斷開,滑動變阻器的滑片P應(yīng)移至阻值最大位置實驗步驟保持R不變,改變U保持U不變,改變R多次改變電阻(燈泡)U,記錄對應(yīng)的I,計算RR作用改變U保持U不變改變U保護電路結(jié)論R一定,IU成正比U一定,IR成反比 燈絲電阻與溫度有關(guān)圖像 4.7.1  伏安法測電阻(小燈泡阻值或未知電阻Rx阻值)伏安法測電阻:原理:根據(jù)RU/I電路圖:用電壓表測出電阻R兩端的電壓;用電流表測出通過電阻R的電流,然后計算出電阻的值。   1.某同學在沒有電流表的情況下,利用電壓表和已知阻值的定值電阻R0,測量未知電阻Rx阻值,圖中不能實現(xiàn)測量Rx阻值的電路圖是( B            A.  B.  C.   D.2.如何利用阻值已知的電阻R0和一只電流表或一只電壓表,測出未知電阻Rx的阻值,同學們設(shè)計了如圖所示四種電路,其中可行的方法有(電源電壓未知)( A.(1)(3)    B.(2)(3)      C.(2)(4)     D.(1)(4)【答案】B   【解析】利用電壓表和電流表,結(jié)合串、并聯(lián)電路電流和電壓特點以及歐姆定律,直接或間接得出被測電阻兩端的電壓和電流,根據(jù) 求出電阻,并且要注意電表正負接線柱的連接.本題考查了伏安法測電阻的探究實驗,設(shè)計正確的電路圖、排除電路故障是我們在實驗中常遇到的問題,因此在實驗課上我們要邊實驗邊思考,將所學的理論與實際結(jié)合起來,鍛煉我們解決實際問題的能力.注意伏安法測電阻的原理為歐姆定律的使用,一定要直接或間接測出電阻兩端的電壓和通過電阻的電流為目的,然后可由歐姆定律求得電阻的阻值.【解答】(1)開關(guān)S1閉合,S2斷開時R0和Rx串聯(lián),電流表可以測出通過Rx的電流Ix;S2閉合時為Rx的簡單電路,不能直接或間接測量出Rx的電壓,所以不能求出Rx的電阻.(2)開關(guān)S0閉合,S接1時電路為R0的簡單電路,電流表測電路中的電流,根據(jù)歐姆定律求出電源的電壓;當S接2時電路為未知電阻Rx的簡單電路,電流表測通過Rx的電流Ix根據(jù) 求出電阻.(3)開關(guān)S1和S2都閉合時,R0被短路,電壓表測量電源電壓U;只閉合S1時,R0和Rx串聯(lián),電壓表直接測量Rx兩端的電壓Ux . 根據(jù)串聯(lián)電路總電壓等于各串聯(lián)導體電壓之和,求出定值電阻兩端的電壓U0=U-Ux,根據(jù) , 求出通過定值電阻的電流.根據(jù)串聯(lián)電路電流處處相等,通過Rx電流等于通過定值電阻電流Ix=I0 . 根據(jù) 求出電阻.(4)開關(guān)S0閉合,S接1時和S接2時電壓表V的正負接線柱會連接錯誤,故無法測出正確的使用.3.實驗室中要測量一個阻值約為數(shù)百歐的電阻。提供的器材有:電源(電壓約5伏)、學生用電壓表(0~6伏)、電阻箱R(0~9 999歐 5安)、開關(guān)S1和S2、導線若干。現(xiàn)要測量待測電阻Rx的阻值,設(shè)計了如圖甲所示的實驗電路圖。小虎進行的實驗過程如下:  (1)根據(jù)實驗電路圖,連接成如圖乙所示的實物電路,但存在連接錯誤,只需改動一根導線,即可使電路連接正確,請在接錯的導線上打“×”,并用筆畫線代替導線畫出正確的接法。    (2)電路連接正確后,閉合S1,將S2撥到觸點1時,電壓表的讀數(shù)為U1,則電源電壓為________。    (3)閉合S1,將S2撥到觸點2,當電阻箱阻值調(diào)為R0時,電壓表的示數(shù)為U2,則待測電阻的阻值Rx=________。 【答案】(1)解:    (2)U1(3)4. 在測量電阻Rx的實驗中,連接了如圖所示的電路,測量步驟如下:(1)閉合開關(guān)S1,適當調(diào)節(jié)滑動變阻器R0讀出電壓表示數(shù),測量出________ 兩端的電壓,記錄為U1(2)斷開開關(guān)S1,閉合開關(guān)S2調(diào)節(jié)________ 的阻值,使電壓表示數(shù)達到U1(3)讀出電阻箱的阻值,記錄為R2 .則RX=________ 【答案】(1)Rx(2)電阻箱(3)R2   【解析】(1)由圖可知,閉合開關(guān)S1此時Rx與滑動變阻器R0串聯(lián),電壓表并聯(lián)在Rx兩端,即電壓表測量的是的Rx兩端電壓,記錄為U1(2)斷開開關(guān)S1閉合開關(guān)S2,此時電阻箱與滑動變阻器R0串聯(lián),保持滑動變阻器的阻值不變,調(diào)節(jié)變阻箱的阻值,使電壓表的示數(shù)不變,此時變阻器的阻值就是待測電阻的阻值.(3)根據(jù)并聯(lián)電路的電壓相等和歐姆定律可知待測電阻的阻值與電阻箱的阻值相等;即R2=RX故答案為:(1)Rx;(2)電阻箱;(3)R2由等效替代法可知,當斷開開關(guān)S1,閉合開關(guān)S2時,保持滑動變阻器接入電路的阻值保持不變,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值,使電壓表的示數(shù)相同,說明待測電阻Rx和電阻箱R0的阻值是等效電阻,即可得到待測電阻的大小 5.小萱想利用一塊電流表和阻值已知的電阻R0測量未知電阻RX的阻值。小萱選擇了滿足實驗要求的實驗器材,并連接了部分實驗電路,如圖所示。(1)為了測量未知電阻RX的阻值,請你只添加兩根導線將實物電路圖補充完整。(2)請你將正確的操作步驟補充完整:連接好電路后,只閉合開關(guān)S2,讀出電流表的示數(shù)I1;________,讀出電流表的示數(shù)I2,并記錄I1、I2的數(shù)據(jù);(3)請你用I1、I2和R0表示未知電阻RX。RX=________,并記錄。【答案】(1)(2)開關(guān)S1、S2都閉合
(3)   【解析】實驗中沒有電壓表,被測電阻已經(jīng)被一個開關(guān)短路,不能設(shè)計成并聯(lián)電路找電壓相等;通過開關(guān)閉合與斷開,使電路處于兩種狀態(tài),利用電源電壓保持不變,找電路兩種狀態(tài)下的電壓相等;可以使已知電阻和被測電阻串聯(lián),測量串聯(lián)電路中的電流,然后短路被測電阻測出電路電流,利用電源電壓相等,列出等式求解.【解答】(1)使已知定值電阻和被測電阻串聯(lián),電流表串聯(lián)在電路中,測串聯(lián)電路的電流.再把被測電阻短路,只有已知電阻接在電路中,測此時電路的電流.根據(jù)兩種電路狀態(tài)下電源電壓相等求解.如圖:;(2)只閉合開關(guān)S2,讀出電流表的示數(shù)I1;開關(guān)S1、S2都閉合時,讀出電流表的示數(shù)I2;(3)根據(jù)電路兩種狀態(tài)電源電壓相等,所以,I1(R0+RX)=I2R0所以, . 6.現(xiàn)用“伏安法”測量一個未知電阻Rx的阻值(Rx約為20Ω)。在實驗室中,配有的實驗器材如下:A.電源E(電壓U=3V恒定);  B.電流表A1(量程0~50mA);C.電流表A2(量程0~3A);    D.電壓表V1(量程0~3V);E.電壓表V2(量程0~15V);   F.滑動變阻器R(0~80Ω);G.定值電阻R0=40Ω;       H.開關(guān)一個,導線若干。為了測量多組數(shù)據(jù)使結(jié)果盡量準確,在滑動變阻器的整個滑動過程中,要使兩電表的測量值范圍盡可能大一些,并且兩電表的讀數(shù)均大于其量程的1/3。則:(1)根據(jù)實驗要求,電壓表選用__V1__,電流表選用__A1__。(2)請在虛線方框內(nèi)畫出實驗電路圖,并標出所選器材的字母(部分電路已畫出);并根據(jù)所畫的電路圖,用筆畫線代替導線,將實物圖連接起來。  (3)若在某次實驗中,電壓表的示數(shù)為U,電流表的示數(shù)為I,那么,待測電阻阻值的表達式為__RxR0__。【答案】(2)如答圖所示。   7.小華在進行“測量小彩燈的電阻”的實驗時,實驗臺上給他提供的器材有:6伏的蓄電池、電流表(0~0.6安,0~3安)、電壓表(0~3伏、0~15伏)、滑動變阻器標有“50Ω 1.5A”、正常發(fā)光時電壓為3.8伏的小彩燈(估計正常發(fā)光時電阻約為12歐)、開關(guān)各一個,導線若干。(1)在實驗中電流表應(yīng)選擇0~0.6安的量程。(2)他連接的實物電路如圖甲所示,但還有兩根導線沒接好,同組的小聰同學補接后又畫出該電路的電路圖(如圖乙所示),請用筆畫線代替導線將這兩根導線連接好。(3)閉合開關(guān)后,小華發(fā)現(xiàn)小彩燈不發(fā)光、電流表示數(shù)為零,電壓表的示數(shù)為6伏,產(chǎn)生故障的原因可能是下列情況中的__CD__(填字母)。A.小彩燈短路                B.電壓表的正、負接線柱接反了C.小彩燈的燈座接觸不良      D.小彩燈的燈絲斷了(4)排除故障后閉合開關(guān),移動滑動變阻器的滑片,當電壓表的示數(shù)為3.8伏時,小彩燈正常發(fā)光,此時電流表的示數(shù)如圖丙所示,則小彩燈正常發(fā)光時的電阻為__12.7__歐。(計算結(jié)果保留一位小數(shù))。 4.7.2  串并聯(lián)電路電阻電流電壓特點1.(2018八下·臺州開學考)為了研究小燈泡電流與電壓的關(guān)系,小明選擇額定電壓為2.5伏的小燈泡、電壓為4伏的電源以及其它相關(guān)器材按圖甲連接電路,進行實驗。(1)在實驗過程中,小明將滑動變阻器的滑片從A端開始移動,直到燈泡正常發(fā)光,在此過程中測得小燈泡電流和電壓的幾組數(shù)據(jù),并正確畫出曲線a,如圖乙所示。該實驗中小明選擇的滑動變阻器可能是         。A.滑動變阻器R1(20歐,3安)       
B.滑動變阻器R2(50歐,2安)
C.滑動變阻器R3(2000歐,0.25安)(2)小明在圖乙中還畫出了本實驗中滑動變阻器的電流隨電壓變化的曲線b,老師據(jù)圖指出該曲線是錯誤的,其理由是________。
【答案】(1)B
(2)小燈泡與滑動變阻器串聯(lián),兩者電壓之和應(yīng)等于4V,而圖中電流為0.2A時,電壓之和大于4V,故曲線b是錯誤的   【解析】伏安特性曲線圖常用縱坐標表示電流I、橫坐標表示電壓U,以此畫出的I-U圖像叫做導體的伏安特性曲線圖。伏安特性曲線是針對導體的,也就是耗電元件,圖像常被用來研究導體電阻的變化規(guī)律,是物理學常用的圖像法之一。【解答】(1)由圖可知,I=0.1A時,U=U1+U2=4V;
當小燈泡電流最小時,滑動變阻器的阻值最大;R=;故B符合;
(2)圖中a、b的交點,電壓之和大于4V,超過了電源電壓;故圖像錯誤;
 2.某小組同學在“用電流表、電壓表測電阻”的實驗中,用若干電池作電源,所用滑動變阻器上標有“10歐2安”字樣。    (1)他們連接的電路中還有一根導線尚未連接,如圖(a)所示。請用筆畫線代替導線補上,補上后的電路能夠測未知電阻Rx(2)實驗開始,他們閉合電鍵,發(fā)現(xiàn)無論是按補上導線后的圖 (a)還是按圖(b)的操作,甚至改變滑動變阻器的滑片位置,所看到的現(xiàn)象均為電流表有示數(shù),電壓表無示數(shù)。經(jīng)過討論他們一致認為可能是電壓表發(fā)生了故障。于是決定在不使用電壓表的情況下繼續(xù)實驗,并且分別測出了電路中最小電流I1和最大電流I2。接著改變干電池的節(jié)數(shù),又重復(fù)做了兩次實驗。請在虛線方框內(nèi)畫出他們重新設(shè)計的實驗電路圖。          (3)他們設(shè)計的實驗數(shù)據(jù)表格如下,請你完善表格中的欄目并簡單敘述設(shè)計此欄目的理由:__________。           (4)根據(jù)他們測出的物理量寫出計算未知電阻的表達式:Rx=________________。【答案】(1)略  (2)略 Rx的平均值(歐)  (3)實現(xiàn)多次測量,求電阻Rx的平均值,減小誤差(4) 3小明和小亮探究“并聯(lián)電路電壓的關(guān)系”小明先按圖甲所示電路圖連成圖乙的實物圖(電壓表尚未連接)  (1)在連接電路時,開關(guān)必須________。小亮一眼就看出了小明連接的錯誤,并指出如果直接閉合開關(guān)將出現(xiàn)________(填“斷路”或“短路”)現(xiàn)象,小燈泡L1、L2都不會亮,還可能造成________損壞。    (2)小亮只更改跟L1、L2的四個接線柱A、B、C、D相連的某根導線的一端,就使電路連接正確了。他的做法可能是________。(指出一種即可)    (3)接下來,他們按圖丙所示電路圖連接了三個電壓表。實驗過程中,電壓表V2的示數(shù)如圖丁所示,則電壓表V1的示數(shù)是________伏,電壓表V的示數(shù)是________伏。    (4)他們在電路中串聯(lián)滑動變阻器的作用是________,閉合開關(guān)前,變阻器的滑片P應(yīng)置于________(填“左”或“右”)端。 【答案】(1)斷開;短路;電源
(2)將導線①的一端從接線柱C改接到D(B)[或?qū)Ь€②的一端從接線柱A改接到B(D)]
(3)2.5;2.5
(4)改變電路中的電流(或改變小燈泡兩端的電壓);左   4.7.3  探究電流與電阻的關(guān)系(電壓一定時)1.在研究“一定電壓下,電流與電阻的關(guān)系”時,電路圖如圖所示。電源電壓恒為4.5V,滑動變阻器上標有“10Ω 1.5A”字樣。在a、b兩點間先后接入不同阻值的定值電阻,閉合開關(guān),移動滑片P,使電壓表示數(shù)為2.5V,讀出電流表的示數(shù)。當20Ω的電阻接入a、b間時,電壓表示數(shù)始終無法達到2.5V,其原因可能是( A )  A.20Ω的電阻阻值太大              B.電源電壓4.5V太低  C.滑動變阻器的最大阻值太大        D.控制電壓至2.5V太高 2.圖甲是小科探究“導體中電流與電阻的關(guān)系”的實驗電路圖。圖乙是他根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出的IR關(guān)系圖象。實驗中,滑動變阻器的主要作用是 使R兩端的電壓不變 。由圖象可知:當電壓一定時,電流與電阻成 反比 (填“正比”或“反比”)。若電源電壓恒為4伏,實驗中R的阻值分別為10歐、20歐、30歐、50歐,那么滑動變阻器的阻值至少為 50  歐。3.小敏用圖甲所示電路來測定某定值電阻的阻值。實驗次數(shù)U(V)I(A)R(Ω)12.00.2010.022.5  32.90.2810.4(1)閉合開關(guān)前,要將滑動變阻器滑片滑到________(選填“A”或“B”)端。(2)閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)只有一只電表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),請結(jié)合圖甲電路分析產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是________________________________________。(3)排除故障后,進行三次實驗,測得數(shù)據(jù)如表。表中第二次實驗的電流可從圖乙中讀取,根據(jù)這三次測得的數(shù)據(jù)求得此電阻的阻值為________Ω(保留一位小數(shù))。(4)下列實驗電路圖中,也能夠得出定值電阻Rx阻值的電路有________。A         B        C          D答案(1)A     (2)電壓表和電流表的位置互換了     (3)10.3     (4)ACD解析閉合開關(guān)前,滑動變阻器滑片應(yīng)滑到阻值最大處;圖甲中電壓表與定值電阻串聯(lián),電流表與定值電阻并聯(lián),則電流表無示數(shù),電壓表顯示電源電壓;第二次實驗測得電流值為0.24A,則定值電阻R2≈10.4Ω,三次實驗所得定值電阻的平均值即為此電阻的阻值;A項中RxR,C項中Rx,D項中移動滑動變阻器測得兩組電流、電壓值,U1I1RxU2I2RxRx。 4.小科利用如圖甲所示的電路探究電流跟電阻的關(guān)系。已知電源電壓為 6V 且保持不變,實驗用到的電阻阻值分別為 5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω。    (1)請根據(jù)圖甲將圖乙所示的實物電路連接完整(導線不允許交叉);    (2)實驗中多次改變R的阻值,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,使電壓表示數(shù)保持不變,記下電流表的示數(shù),得到如圖丙所示的電流 I 隨電阻 R 變化的圖像;  ①由圖像可以得出結(jié)論:電壓一定時,________;②實驗中,小科用 5Ω 的電阻做完實驗后,斷開開關(guān),然后用 10Ω 的電阻換下 5Ω 的電阻接入電路,閉合開關(guān),移動滑片,使電壓表示數(shù)為________V時,然后再讀出電流表的示數(shù);(3)為完成整個實驗,應(yīng)該選取最大阻值不小于________Ω 的滑動變阻器。    【答案】(1)解;如圖所示:   (2)通過導體的電流與電阻成反比;2.5(3)35  5.(2019八上·吳興期末)在研究通過導體的電流與兩端電壓關(guān)系的活動中,同學們進行了如下實驗探究。  ①按圖甲所示電路圖連接好電路;②閉合開關(guān),改變滑動變阻器滑片P的位置,讀出電壓表和電流表的示數(shù),并記錄數(shù)據(jù);③對數(shù)據(jù)進行處理。 (1)實驗時滑動變阻器滑片P向左移動時,電流表無讀數(shù),電壓表有讀數(shù)但不變。判斷電路的故障是________。    (2)排除故障,得出實驗數(shù)據(jù),繪制成乙圖像。根據(jù)乙圖像,可以得到的結(jié)論是________。    (3)某小組的同學在處理數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn),電壓與電流的比值恰好等于R的阻值,這是一種巧合嗎?于是同學們想利用其他小組的實驗數(shù)據(jù)來進一步論證,他們選用了前面小組R=10Ω的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)和自己小組的結(jié)果一致。于是就得出了電壓與電流的比值恰好等于R的阻值的結(jié)論。請你對該小組的論證提出自己的看法________。
【答案】(1)R開路
(2)當電阻不變時,電流與電壓成正比
(3)這種說法錯誤,應(yīng)該實驗當R≠10Ω的情況下,電壓與電流的比值。   【解析】(1)如果電阻R斷路,那么電壓表串聯(lián)在電路中,由于它的內(nèi)阻很大,因此通過電路的電流很小,以至于電流表的指針幾乎不動,而電壓表則測量電源電壓保持不變;
(2)在數(shù)學上,如果兩個量之間變化的圖像是一條通過坐標原點的斜線,那么它們成正比例關(guān)系;
(3)為了保證實驗結(jié)論的客觀準確性,該小組的同學應(yīng)該選擇與自己電阻值不同的數(shù)據(jù)選擇的電阻值不同的進行分析。 【解答】(1)實驗時滑動變阻器滑片P向左移動時,電流表無讀數(shù),電壓表有讀數(shù)但不變。判斷電路的故障是R開路;
(2)根據(jù)乙圖可知,電流隨電壓變化的圖像是一條通過坐標原點的斜線,因此得到結(jié)論: 當電阻不變時,電流與電壓成正比 ;
(3)我對該小組的論證提出的看法是:這種說法錯誤,應(yīng)該實驗當R≠10Ω的情況下,電壓與電流的比值。

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第7節(jié) 電路分析與應(yīng)用

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