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1、专项六实验探究重难点27电学规律探究类实验探究【知识梳理】电学规律探究类实验,主要是探究电流与电压和电阻的关系，其次是探究串并联电路中电流、电压的规律，影响导体电阻的因素、焦耳定律、影响通电螺线管磁性强弱的因素、感应电流产生的条件。探究电流与电压和电阻的关系中，主要考点在于实物图的连接、电表量程的选择、电表的接线、滑动变阻器的作用、故障分析、结论叙述等。【易混淆点】1.电表的正负接线柱接反。导致指针反向偏转。2.电表量程选择不正确，导致指针偏转角度太小或太大。3.滑动变阻器的作用中，保护电路是其基本作用，但在两个实验中还有一个作用不同：在探究电流与电压的关系实验中，是改变定值电阻两端的电压；而
2、在探究电流与电阻的关系实验中，是保持定值电阻两端的电压不变，刚好相反。4.在“探究电流与电阻的关系实验”中，当定值电阻有小电阻换成大电阻之后，滑动变阻器的滑片要向阻值变大的方法滑动。【典例分析】【例1】（2020黔西南19）小明用如图所示的实验电路探究“电流与电阻的关系”。（1）在方框内画出此实验电路图。（2）连接电路时，开关应处于状态，连接好电路后，闭合开关前滑动变阻器的滑片P应置于端。（3）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P发现：电压表始终无示数，电流表有示数。其原因可能是（填序号）。A滑动变阻器断路 B电阻R短路 C电阻R断路（4）排除故障后，用5的电阻替换R接入电路，闭合开关，调节滑动变
3、阻器，使电压表示数为1.5V时，电流表指针位置如图乙所示，将电流表示数填入表中。R/I/A50.3100.15150.1（5）将5的电阻换成10的电阻后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P到合适位置时，记录电流数据。此操作中调节滑动变阻器的目的是。（6）再将电阻换成15，重复上述操作。（7）进行多次实验，其目的是为了得到。（8）分析表格中的数据可得出结论：一定时，。【答案】（1）（2）断开 B （3）B（4）0.3 （5）控制电阻两端的电压不变（7）普遍性的规律（8）电压电流与电阻成反比【分析】（1）根据实物电路，先画出电源的符号，从电源的正极出发依次画出开关、电流表、滑动变阻器、定值电阻R回到
4、电源的负极，然后把电压表并联在定值电阻R两端，如答案图所示。（2）连接电路时，开关应处于断开状态，连接好电路后，闭合开关前滑动变阻器的滑片P应置于阻值最大处的B端。（3）根据电流表有示数可知电路是通路，根据电压表无示数可知与电压表并联的部分短路，由选项可知其原因可能是电阻R短路，选B。（4）由图乙可知，电流表的量程为00.6A，分度值为0.02A，其示数为0.3A。（5）探究“电流与电阻的关系”时应控制定值电阻两端的电压不变，所以将5的电阻换成10的电阻后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P到合适位置时，记录电流数据。（7）探究“电流与电阻的关系”时，要进行多次实验，其目的是为了得出普遍性的规律
5、。（8）纵向分析表格中的数据可知，电阻增大为原来的几倍，则电流减小为原来的几分之一，故可得出结论：电压一定时，电流与电阻成反比。【思路小结】1.由实物图画电路图，要注意元件的位置，一般从电源正极出发依次画，先画较长的部分，最后画电压表。2.为保护电路，连接电路时，开关应处于断开状态，连接好电路后，闭合开关前滑动变阻器的滑片P应置于阻值最大处。3.电表读数时注意量程和分度值。4.多次测量的目的有：减小误差；寻找普遍规律。这里是后者。5分析表格中的数据结合控制变量法得出结论。【真题操练】1.(2020绥化26)如图甲是小明“探究串联电路的电压规律”的实验电路图。(1)连接电路时，开关应_。实验时，
6、灯L1和灯L2的规格应_。（填“相同”或“不相同”）(2)闭合开关后，小明发现两灯都不发光，于是分别把电压表接在图甲中AB两点、BC两点及AC两点，测得数据分别是UAB=3V，UBC=0V，UAC=3V；小明检查发现只有灯L1和灯L2中的一盏出现故障，则故障可能是_。(3)处理好故障后，小明把电压表接在AB之间重新测量，电压表示数如图乙所示，电压表的分度值是_V；为了使实验结果更准确，接下来小明应该：断开开关_。(4)正确实验后，小明分析多组数据得出结论_。（请使用文字叙述）【答案】(1)断开不相同(2)L1断路或L1开路或L1接触不良 (3)0.5 电压表改接03V量程或电压表改接小量程 (
7、4) 串联电路中，电源两端电压等于各用电器两端电压之和【解析】(1)为了保护电路，连接电路时，开关应断开。为了使实验结论具有普遍性，应选用不同规格的灯泡进行实验。(2)把电压表接在图甲中AB两点，UAB=3V，说明AB两点的外侧是通路，把电压表接在BC两点，UBC=0V，说明BC两点的外侧有断路，把电压表接在AC两点，UAC=3V，说明AC两点的外侧是通路，所以故障可能是L1断路。(3)电压表示数如图乙所示，电压表的量程是0-15V，电压表的分度值是0.5V。图乙中电压表的示数是2V，为了使实验结果更准确，需要选择03V量程。(4)由实验数据可知：串联电路中，电源两端电压等于各用电器两端电压之
8、和。2.某物理兴趣小组在“探究导体电阻大小与导体长度的关系”实验中，他们在如图所示电路中的A、B两点间接入待研究的电阻丝，电源电压恒定。忽略电阻丝电阻随温度变化的影响，待用电阻丝的规格如表格所示。序号材料长度横截面积1碳钢合金丝LS2镍铬合金丝2LS3镍铬合金丝L2S4镍铬合金丝2L2S(1)他们应选择序号为_的两根电阻丝来研究；(2)从表中所给电阻丝的规格看，还可以用这些电阻丝来做另一个探究实验，即探究导体电阻大小与导体_的关系，这次你应该选择序号为_的两根电阻丝来做实验。【答案】 (1)3、4 (2)横截面积 2、4【解析】(1)要探究导体电阻大小与导体长度的关系，根据控制变量法的思路，应
9、该选择材料和横截面积都相同的两根电阻丝。从表格中可知，序号3和序号4的材料、横截面积都相同，所以应选择序号3与序号4的两根电阻丝来研究。(2)从表中所给电阻丝的规格看，序号2、3、4的材料都相同，长度和横截面积不完全相同，而序号2和4的材料、长度都相同，只有横截面积不同，故可以用2、4探究电阻与横截面积的关系。3.(2020武汉18)在探究电阻一定时电流与电压关系的实验中，小强和小红设计的电路如图甲所示，电源电压3V保持不变。(1)闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应该置于_（填“a”或“b”）端。(2)小强同学按图甲正确连接电路，闭合开关S，调节滑片P，得到的实验数据如下表:实验序号12345电
10、压U/V0.60.91.21.51.8电流I/A0.150.320.300.380.45分析数据可知，应将实验序号_的一组数据剔除，进而得出结论：电阻一定时，_，为了能够顺利完成上述实验，所用滑动变阻器的最大阻值不小于_。(3)小红同学连接的电路如图乙所示小强同学发现接错了一根导线，请在这根导线上打“x”，并补画出正确的那根导线。【答案】(1)a (2)2电流跟电压成正比16 (3)【解析】(1)为了保护电路，闭合开关之前应将滑动变阻器调到阻值最大的地方，即滑片P应该置于a端。(2)分析数据得知：第2组数据电压与电流比值，明显不同其他组的比值，故第2组数据错误，应剔掉，实验结论电阻一定时，电流
11、跟电压成正比。由第一组数据分析得知，定值电阻电压为0.6V，则滑动变阻器至少要分得2.4V电压，即滑动变阻器分得的电压是定值电阻的4倍，因此滑动变阻器的阻值为定值电阻阻值的4倍，根据公式R=U/I可算出定值电阻的阻值为R=U/I=0.6V/0.15A=4,因此滑动变阻器最大阻值为16。(3)如图乙所示的电路连接，此时滑动变阻器没有接入电路，正确画法，如答案图所示。4.(2020枣庄16)在探究“电流与电压、电阻的关系“实验中，实验室老师给小莉和小明同学分别准备了以下器材：电源（电压恒为4.5 V）、电压表、电流表。滑动变阳器、开关。“5、10、15”的定值电阻各一个，导线若干。(1)根据如图所
12、示的实物图在虚线框内画出对应的电路图；(2)闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现电流表有示数，电压表的示数始终为0，经检查后发现是电路中一根导线断路，则发生断路的导线是a、b、c、d中的_（填字母）；(3)小莉同学在“探究电流与电压的关系”时，记录的电流表与电压表的示数如表一所示，请在坐标中描点画出U- I图像，由此得出的实验结论是_；表一实验次数电压U/V电流I/A11.00.221.50.332.00.442.505表二实验次数电阻R/电流I/A150.62100.33150.24 (4)小明同学在“探究电流与电阻的关系”时，测得的三组数据如表二所示。由于操作不当，导致表二中第_次实验的
13、数据存在情误，出错的原因是_。小明及时纠正了错误，得出了正确的测量结果和实验结论。接着小明又计算出本次实验中滑动变阻器连入电路的阻值范围是_。【答案】 (1). (2)b(3)(4)电阻一定时，电流与电压成正比 (4)3没有保持定值电阻两端电压一定，定值电阻两端电压为3.6V，大于3V 2.57.5【解析】(1)根据电流从电源正极出发，经过依次经过各个电学元件后回到电源负极按照实物图连接，如答案图所示。(2)闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现电流表有示数，说明电路通路，电压表的示数始终为0，即电压表没有连接在电路中，则发生断路的导线是b。(3)根据表一中的数据利用描点法将这些数据在坐标图上
14、描出来，然后用一条光滑的直线将这些点依次连接起来，如答案图所示。从画出的U- I图像可知随着电阻两端电压增大，通过电阻的电流也在增大，由此得出的实验结论是：电阻一定时，电流与电压成正比。(5)探究电流与电阻的关系时，要控制电阻两端的电压不变，由表二数据可知，电阻两端电压：UV=IR=0.6A5=0.3A100.24A15=3.6V,所以第3次实验的数据存在错误，产生错误的原因是：定值电阻两端电压为3.6V，大于3V。定值电阻两端电压为3V，则电阻为15时，第三次实验通过的电流应为：I3=U3/R3=3V/15=0.2A,根据串联分压可知滑动变阻器两端电压为：U滑=U-UV=4.5V-3V=1.
15、5V,当电路电流为0.2A时，滑动变阻器接入的阻值：R滑= = = 7.5。当电路电流为0.6A时，滑动变阻器接入的阻值：R滑= = = 2.5，所以本次实验中滑动变阻器连入电路的阻值范围是2.57.5。5.(2020青岛22)探究电流与电阻的关系：小明连接的实验电路如图甲所示。实验次数12电阻R/510电流I/A0.400.20 (1)闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于最_端。(2)闭合开关后，发现电流表示数为零，电压表的示数如图乙所示，为_V；改变滑动变阻器滑片的位置，两电表指针的位置不变电路中有一处故障，可能是_（选填序号）。电流表短路电压表短路导线a断路导线b断路(3)排除电路故障后
16、，小明先后用5、10的定值电阻进行实验。实验中，通过_控制定值电阻两端的电压不变，得到的实验数据如表。小明据此得出结论：电流与电阻成反比。请指出实验存在的问题或需要改进的地方_（写出一条即可）。【答案】 (1)右 (2)2.9 (3)调节滑动变阻器换不同的定值电阻多次实验【解析】(1)为了保护电路，闭合开关前，应将滑动变阻器滑片置于阻值最大处，即最右端。(2)如图乙所示：电压表接在03V上，示数为2.9V。闭合开关后，发现电流表示数为零，电压表的示数接近电源电压，改变滑动变阻器滑片的位置，两电表指针的位置不变，故障可能为电阻R或导线a断路。(3)探究电流与电阻的关系，那么定值电阻R的电压就不能
17、改变，滑动变阻器与定值电阻串联，串联分压，因此可通过调节滑动变阻器，控制定值电阻两端的电压不变。为了寻找普遍规律，实验的次数至少3次，或多次实验，因此本实验还需换不同的定值电阻进行多次测量，验证实验结果的正确性。6.(2020黔西南19)小明用如下图所示的实验电路探究“电流与电阻的关系”。(1)在方框内画出此实验电路图。(2)连接电路时，开关应处于_状态，连接好电路后，闭合开关前滑动变阻器的滑片P应置于_端。(3)闭合开关，移动滑动变阳器的滑片P发现：电压表始终无示数，电流表有示数。其原因可能是_（填序号）。A滑动变阻器断路 B电阻R短路 C电阻R断路(4)排除故障后，用5的电阻替换R接入电路
18、，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表示数为1.5V时，电流表指针位置如图乙所示，将电流表示数填入下表中。(5)将5的电阻换成10的电阻后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P到合适位置时，记录电流数据。此操作中调节滑动变阻器的目的是_。(6)再将电阻换成15，重复上述操作(7)进行多次实验，其目的是为了得到_。(8)分析表格中的数据可得出结论：_一定时，_。【答案】 (1) (2)断开右 (3)B (4)0.3 (5)使电阻R两端的电压保持不变 (7)普遍规律 (8). 电压通过导体的电流与导体的电阻成反比【解析】(1)按照实物图，先将开关，电流表、滑动变阻器，电阻串联接入电路，再将电压表并联接入
19、电路，如答案图所示。(2)接电路时，开关应处于断开状态，滑动变阻器移到阻值最大处，即置于右端，以保护电路。(3)闭合开关，移动滑动变阳器的滑片P，电流表有示数，说明不可能是电路断路，电压表始终无示数，说明与电压表并联的电路短路，即电阻R短路。选B。(4)由图乙可知：电流表此时的量程为00.6A，分度值为0.02A，此时电流的示数为0.3A。(5)探究电流与电阻关系实验中，要控制电压不变，将5的电阻换成10的电阻后，滑动变阻器两端的电压会变大，要节滑动变阻器的滑片P到合适位置，控制电阻R两端的电压保持不变。(7)进行多次实验，其目的是为了得到普遍规律。(8)分析表格中的数据，电流与电阻的乘积是定
20、值，可得出结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。7.(2020黔东南州20)某学习小组在“探究通电导体中的电流与电阻的关系”实验中，连接了如图甲所示的电路（电源电压保持4.5V不变）。(1)用笔画线代替导线将图甲实物电路连接完整；（要求：滑动变阻器的滑片P向左移动时，电路中电流变大；导线不得交叉）(2)连接好电路，闭合开关，发现电压表示数等于电源电压，电流表有示数，移动滑片，电表示数不变，则故障为滑动变阻R_；(3)探究通电导体中的电流与电阻的关系实验要在电压一定时进行，图乙是小组根据测得的实验数据绘制的电流I随电阻R变化的图像。由图像可知R两端的电压为_V；当R的电阻由5更换为
21、10时，闭合开关后，为使R两端的电压_ （选填“改变”或“不变”），滑动变阻器的滑片应向_（选填“左”或“右”）端滑动；若实验中R的阻值分别是5、10、15、20、25，为了保证完成实验，则滑动变阻器的阻值至少是_。【答案】 (1) (2)被短路 (3)3不变右12.5【解析】(1)滑动变阻器的滑片P向左移动，电路中电流变大，即电阻变小，故变阻器左下接线柱连入电路中与电阻串联，如答案图所示。(2)连接好电路，闭合开关，电流表有示数，即电路中有电流通过，则故障类型为短路，电压表示数等于电源电压，只能是滑动变阻R被短路。(3)图乙是小组根据测得的实验数据绘制的电流I随电阻R变化的图象，由图象可知R
22、两端的电压为:U=IR=0.6A5=3V。探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，即保持电阻两端的电压不变。根据串联电路电压的规律可知，应增大滑动变阻器分得的电压，由分压原理，应增大滑动变阻器连入电路中的电阻，所以滑片应右端移动，使电压表的示数仍为3V。电压表控制的电压为3V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：U滑=4.5V-3V=1.5V，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25电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：R滑=0.525=12.5，所以为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少为12.5的滑动变阻器。8.(2020泰州21)如图所示是小明“探究影响电流热效应
23、的因素”的实验装置，在甲、乙两瓶中装入质量和初温均相同的煤油，R1、R2采用如图连接方式的目的是_。闭合开关一段时间后，乙瓶中温度计的示数较高，由此说明通电导体产生的热量与_有关。小华用相同装置（煤油质量也相等）同时进行实验，细心的小红看到小明和小华两组电阻丝阻值相等的烧瓶中，小华这一组的煤油升温比小明的快，比较发现：小华的滑动变阻器接入电路的阻值较小，根据这一现象，小红_（选填“能”或“不能”）初步判断出通电导体产生的热量与通过导体的电流有关。【答案】控制电流和通电时间相同电阻能【解析】由图可知：两电阻串联，目的是控制R1和R2中的电流相同，而且还可以控制通电时间相同。乙瓶中温度计的示数较高
24、，可知在电流与通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多；说明通电导体产生的热量与电阻的大小有关。由题意可知：小华和小明用相同的装置做实验，可知加热的电阻阻值相同；但小华的滑动变阻器接入电路的阻值较小，由欧姆定律可知，小华做实验时电路中的电流较大，此时小华这一组的煤油升温比小明的快，说明在通电时间和电阻大小相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量越大，即小红可以初步判断出通电导体产生的热量与通过导体的电流有关。9.（2020淮安21）在“探究通电螺线管外部磁场的方向”实验中：（1）小磁针的作用： 。（2）在螺线管外部A、B两处放置小磁针，闭合开关，发现A处小磁针发生偏转，而B处小磁针不
25、偏转，试说明B处小磁针不偏转的可能原因： 。（3）将电池的正负极对调，重复上述实验，是为了探究通电螺线管外部磁场的方向与方向的关系。（4）观察实验现象后，应立即断开开关，是为了 。【答案】（1）检验磁场的存在（2）小磁针N极的指向与磁场方向相同（3）电流（4）保护电路，防止螺线管温度过高。【解析】（1）通电时螺线管周围存在磁场，小磁针在磁场中受到力的作用会发生偏转，所以小磁针能显示磁场的存在；当电流方向改变时，产生的磁场方向也改变，所以小磁针的偏转方向也改变，因此利用小磁针还可以判断磁场的方向。（2）在螺线管外部A、B两处放置小磁针，闭合开关，发现A处小磁针发生偏转，A处的小磁针会指示磁场的方
26、向；B处小磁针不偏转，可能原因是小磁针N极的指向与磁场方向相同。（3）将电池的正负极对调，此时螺线管中电流的方向发生变化，磁场的方向发生变化，是为了探究通电螺线管外部磁场的方向与电流方向的关系。（4）螺线管是由导线绕成的，其电阻较小，根据欧姆定律可知，通过螺线管的电流较大，产生的热量较多，为了保护电路，观察实验现象后，应立即断开开关。10. (2020青岛21)探究磁生电的条件：实验装置如图所示，在磁场中悬挂一根导体AB，把它的两端跟电流表连接起来，组成闭合回路。(1)实验中，用_提供磁场，用_显示电路中有无电流。(2)下列操作，电路中能产生电流的是_（选填所有符合要求的选项序号）蹄形磁体和导
27、体AB都静止蹄形磁体静止，导体AB左右运动导体AB静止，蹄形磁体左右运动【答案】 (1)蹄形磁铁 (2)电流表 (3)【解析】(1)蹄形磁铁周围存在磁场，所以蹄形磁铁提供磁场。实验时，观察电流表的指针是否偏转来确定电路中是否产生感应电流。(2)产生感应电流需要闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，蹄形磁体的磁感线为竖直方向。蹄形磁体和导体AB都静止，无法产生感应电流；蹄形磁体静止，导体AB左右运动，做切割磁感线运动；导体AB静止，蹄形磁体左右运动，做切割磁感线运动。选。11.（2020淮安25）某小组在“设计一个模拟调光灯”的活动中，现提供以下器材：直流电源（电压为4V）、电流表、电压表、小灯
28、泡（2.5V、0.3A）、灯座、开关、导线、多种规格的定值电阻、多种铅笔芯、金属回形针。设计要求：灯泡的亮度能在较大范围内连续调节且不能被烧坏。（1）金属回形针可在铅笔芯上来回滑动，设计电路时可将铅笔芯与金属回形针的组合视为 。（2）为了电路安全，需要从下列选项中选取一个合适的定值电阻作为保护电阻（ ）A.5 B.15 C.25 D.50（3）如图甲所示为设计电路的一部分，请在虚线框内将电路图补充完整。（4）连接好电路，闭合开关，无论怎样移动金属回形针，灯泡亮度的变化都很小，造成该现象的原因： 。（5）重新调整好电路，闭合开关，移动金属回形针，可实现灯泡的亮度有较大变化。当电压表示数U2.0V
29、时，电流表的示数I如图乙所示，I A。小灯泡消耗的实际功率P W。【答案】（1）滑动变阻器（2）A（3）（4）铅笔芯的最大阻值太小 （5）0.26 0.52【解析】（1）金属回形针可在铅笔芯上来回滑动，设计电路时可将铅笔芯与金属回形针的组合视为滑动变阻器。（2）由题知，电源电压为4V，小灯泡的额定电压为2.5V，额定电流为0.3A，则灯正常工作时，要分去的电压为：U4V2.5V1.5V，灯之外的电阻为：R= = 5，为了电路安全，需要选取阻值为5的定值电阻作为保护电阻，即选A；（3）如图甲所示为设计电路的一部分，将变阻器与定值电阻串联连入电路中，如答案图所示。（4）连接好电路，闭合开关，无论怎样移动金属回形针，灯泡亮度的变化都很小，说明电路中的电流变化很小，则电路的总电阻变化较小，造成该现象的原因：铅笔芯的最大阻值太小。（5）当电压表示数U2.0V时，电流表的示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，其示数I0.26A，则小灯泡消耗的实际功率：PUI2.0V0.26A0.52W。14