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1、专项六实验探究重难点2 7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
2、电压：而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】（2 0 2 0 黔西南1 9）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
3、 5Q的电阻替换R 接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表示数为L 5 V 时，电流表指针位置如图乙所示，将电流表示数填入表中.R/QI/A50.31 00.1 51 50.1(5)将 5。的电阻换成1 0 Q 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1 5 Q,重复上述操作。(7)进行多次实验，其目的是为了得到o(8)分析表格中的数据可得出结论：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
4、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。0.6 A,分度值为0.0 2A,其示数为0.3 A。(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 5Q的电阻换成 1 0 Q 的电阻后，闭合开关，调节滑动变阻器的
5、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。2（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】L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
6、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，灯L和灯L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U.B=3 V,UB C=0 V,UM=3 V；小明检查发现只有灯L和灯L2中的一盏出现故障，则故障可能是_ _ _ _ _o（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，电压表的分度值是一 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
7、出结论_ _ _ _ _ _。（请使用文字叙述）【答案】（1）断开不相同L断路或L开路或L接触不良（3）0.5 电压表改接03 V量程或电压表改接小量程（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。3把电压表接在图甲中A B 两点，UM,=3 V,说明A B 两点的外侧是通路，把电压表接在B C两点，UM=O V,说明B C两点的外侧有断路，把电压表接在A C两点，U 小3 V,说明A C两点的外侧是通路，所以故障可能是L断路。(3)电压表示数如图乙所示，电压表的量程是0 T 5
8、 V,电压表的分度值是0.5 V。图乙中电压表的示数是2 V,为了使实验结果更准确，需要选择0 3 V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。(1)他们应选择序号为 的两根电阻丝来研究;序号材料长度横截面积1碳钢合金丝LS2银铭合金丝2 LS3银铭合金丝L2 S4镣铭合金丝2 L2 S(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
9、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 .(2 0 2 0 武 汉 1 8)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
10、电路如图4甲所示，电源电压3 V 保持不变。乙(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电压U/V0.60.91.21.51.8电流I/A0.1 50.3 20.3 00.3 80.4 5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_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Q。(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】
11、(D a (2)2 电流跟电压成正比1 6(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，电流跟电压成正比。由第一组数据分析得知，定值电阻电压为0.6 V,则滑动变阻器至少要分得2.4 V 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，根据公式口=1 1/1 可算出定值电阻的阻值为R=U/I=O.6 V/0.1 5 A=4。因此滑动变阻器最大阻值为1 6 Q。5(3)如图乙
12、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 Q、10Q、15Q”的定值电阻各一个，导线若干。(1)根据如图所示的实物图在虚线框内画出对应的电路图；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止/图像，由此得出的实验结论是表一表二实验次数电
13、压U/N电流A11.00.221.50.332.00.442.50 5实验次数电阻步Q电流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_ _ _ _ _次实验的数据存在情误，出 错 的 原 因 是。小明及时纠正了错误,6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】(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3.6 V,大于3V 2.5 Q 7.5 Q【解析】(1)根据电流从电源正极出发，经过依次经过各个电学
14、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：U v=I R=0.6 A X 5 0 O.3A X 1 0 G W 0.2 4 A
15、x i 5 C=3.6 V,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3.6 V,大于3V。定值电阻两端电压为3 V,则电阻为1 5 Q 时，第三次实验通过的电流应为：L=U 3/R 3=3V/1 5 g o.2 A,根据串联分压可知滑动变阻器两端电压为：U沪U-U、，=4.5 V-3V=1.5 V,当电路电流为0.2 A 时，滑动变阻器接入的阻值：R 片 等=妥=7.5 9。当电路电流为0.6 A 时，滑动变阻器接入的阻值：R/=法I3 0.2AI3 0.6A=2.5。所以本次实验中滑动变阻器连入电路的阻值范围是2.5 Q 7.5 Q75.（2020青岛22）探究电
16、流与电阻的关系：小明连接的实验电路如图甲所示。甲 乙（1）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于最 端。实验次数12电阻依Q510电流0.400.20（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6断路（3）排除电路故障后，小明先后用5 Q、1 0 Q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
17、需 要 改 进 的 地 方 （写出一条即可）。【答案】（D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】（D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，即最右师。（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，故障可能为电阻月或导线a断路。（3）探究电流与电阻的关系，那么定值电阻的电压就不能改变，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
18、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”。甲8(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 5Q的电阻替换发接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表示数 为 1.5 V 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)
19、将 5Q的电阻换成1 0 Q 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1 5 Q,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】R(2)断开右(3)B (4)0.3(5)使 电 阻 7?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，
20、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9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0 0.6 A,分度值为0.0 2 A,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 5Q的电阻换成1 0 Q 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“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
21、反比。7.(2 0 2 0 黔东南州2 0)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4.5 V 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 Q 更换为1 0 Q 时，闭合开关后，为
22、使R两端的电压_ _ _ _ _ _ _ _ (选 填“改变”或“不变”)，滑 动 变 阻 器 的 滑 片 应 向 一(选 填“左”或“右”)端滑动；若实验中R的阻值分别是5Q、1 0 Q、1 5。、2 0 Q、2 5 Q,为了保证完成实验，则滑动变阻器的阻值至少是(2)被短路(3)3 不变右1 2.510【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
23、电流/随电阻彳变化的图象，由图象可知两端的电压为:U=I R=0.6 A X 5 Q=3 V。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3 V。电压表控制的电压为3 V,根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：U 附=4.5 V-3 V=1.5 V,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2 5 Q 电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：R 滑=0.5 X 2 5 Q=1 2.5 Q,所以为了完成整个实验，应该选取
24、最大阻值至少 为 1 2.5 Q的滑动变阻器。8.（2 0 2 0 泰州2 1）如图所示是小明“探究影响电流热效应的因素”的实验装置，在甲、乙两瓶中装入质量和初温均相同的煤油，R、R z 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
25、流和通电时间相同电阻能A?I=5Q/?；=ion【解析】由图可知：两电阻串联，目的是控制用和兄中的电流相同，而且还可以控制通电时间相同。乙瓶中温度计的示数较高，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11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
26、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处小磁针不偏转，试说明B处小磁针不偏转的可能原因：o（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
27、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4 8,把它的两端跟电
28、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）12蹄形磁体和导体仍都静止蹄形磁体静止，导体4 6 左右运动导体4?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4?都静止，无法产生感应电流；蹄形磁体静
29、止，导体4 8 左右运动，做切割磁感线运动；导体1 6 静止，蹄形磁体左右运动，做切割磁感线运动。选。1 1.（2 0 2 0 淮安2 5）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4 V）、电流表、电压表、小 灯 泡（2.5 V、0.3 A）、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 Q B.1 5 c C.2 5。D.5 0
30、 Q（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U=2.0 V时，电流表的示数I如图乙所示，1=A。小灯泡消耗的实际功率P【答案】（1）滑动变阻器（2）A（3）r -A-5 -1 I一一.;1 I13(4)铅笔芯的最大阻值太小(5)0.2 6 0.5 2【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4 V,小灯泡的额
31、定电压为2.5 V,额定电流为0.3 A,则灯正常工作时，要分去的电压为：U =4 V-2.5 V=1.5 V,灯之外的电阻为：R=9=U=5Q,为O.3A了电路安全，需要选取阻值为5 Q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ZjSo(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U=2.0 V时，电流表的示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.0 2 A,其示数1=0.2 6 A,则小灯泡消耗的实际功率：P=UI=2.0 VX 0.2 6 A=0.5 2 W.14