2020年中考物理 必考25个实验考学练 实验20 探究电流与电阻关系的实验（含解析）

实验二十、探究电流与电阻的关系实验【提出问题】：电流和电阻之间有什么样的关系？【猜想假设】：电流与电阻成反比。【设计实验】：使用控制变量法，即保持定值电阻两端的电压不变，研究电压不变时，电流与电阻的关系。电路图：【实验步骤】：按图接好电路。注意连接时开关要断开，开关闭合之前要把滑动变阻器调到阻值最大处，实物图如下所示。分别将5、10、15的定值电阻连入电路，检查电路后闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表示数保持3v不变，分别记下电流表的示数，填入表格。 u=3v次数电阻r/电流i/a150.62100.33150.2根据数据画出i-r图像。【得出结论】：电阻两端的电压一定时，电流与电阻成反比。【考点方向】：1、滑动变阻器的作用：保护电路；使电阻两端电压保持不变。2、在闭合开关前滑动变阻器应将滑片置于阻值最大端。3、该实验中利用多个不同阻值电阻测出多组不同的数据，其目的是避免实验偶然性，得出普遍规律。4、更换大电阻后如何滑动滑动变阻器的阻值：应使滑动变阻器的阻值变大，滑动变阻器分担的电压变大，保证定值电阻上分的的电压不变。5、连接好电路，闭合开关，发现电压表示数接近于电源电压，电流表几乎无示数，则故障为定值电阻r发生了断路。6、为了避免来回更换电阻，带来的麻烦，我们可以使用电阻箱来替换定值电阻。7、电阻箱阻值改变后，发现无论怎样调节滑动变阻器都不能达到实验要求，若电路无故障，则引起这种情况的原因可能是电阻箱的阻值调得太大(或滑动变阻器最大阻值太小)。8、电路中滑动变阻器阻最大值rx的确定方法：ur/r=(u-ur)/rx。9、实验方法：控制变量法：保持电压不变，改变电阻研究电流随电阻的变化关系。10、结论：在电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比。【创新母题】：某班同学做“探究电流与电阻的关系”的实验，某小组连接了如图甲所示的实物电路。乙丙（1）请在方框内画出对应的电路图（电阻箱符号为）（2）连接电路时，开关应，其目的是。（3）连好电路后，将电阻箱调至某一阻值，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数为一个适当的值u0，记录电流表的示数和。（4）改变电阻箱的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使，并记录相应数据。（5）再次改变电阻箱阻值，发现无论怎样调节滑动变阻器的滑片都不能达到（4）中的要求，引起这种情况的直接原因是。（6）重复步骤（4）多次实验，其目的是。根据所得数据画出电流随电阻变化的图象如图乙所示。你认为该小组实验时的u0=v。（7）进一步研究发现由图线上的任一点和坐标轴围成的矩形“面积”大小都相等，由此可以得出的实验结论是。（8）以上实验过程中，所涉及到的实验探究方法是法，请再举出其他应用该探究方法的例子。（9）实验结束后，小组间交流时，发现邻组在相同的坐标系中画出的图象如图丙所示，你认为图象不同的原因是。【答案】：（1）如上图所示；（2）断开；保护电路，避免因电路中电流过大，而损坏电器元件。（3）电阻箱的阻值；（4）电压表的示数仍为u0；（5）电阻箱的电阻调得太大了；（6）一组数据具有偶然性，多组数据可以避免实验偶然性，得出普遍规律；6；（7）当电压一定时，电流与电阻成反比；（8）控制变量法；探究电流和电压的关系；（9）这两个小组所控制的电阻箱两端电压不相同。【解析】：（1）根据图甲，由电路元件的连接顺序可得电路图如右所示：（2）为保护电路，在连接电路的过程中，开关应处于断开状态；（3）因为要探究电流与电阻的关系，所以须记录电流及电阻的数据进行分析，即要记录电阻箱的阻值；（4）要探究电流与电阻的关系，须控制电阻箱两端的电压不变，即电压表的示数仍为u0；（5）电阻越大，分得的电压越多，但电阻箱的电阻不断变大时，要使电阻箱两端电压达到u0，须使变阻器的电阻值变大，但不能达到u0时，表明滑动变阻器提供的电阻已达最大值，因而是电阻箱的电阻调得太大了；（6）一组数据具有偶然性，多组数据更能得出普遍规律，由图可知：u0=ir=3.0v2a=6v；（7）由图乙可知，其横轴和纵轴所表示的物理量分别为电阻r及通过的电流i，面积不变，即ir的乘积不变，故表明：当电压一定时，电流与电阻成反比；（8）探究电流和电阻的关系时，要控制电阻两端的电压恒定不变，因此是采用的控制变量法；在探究电流与电压关系的时候，也是采用了该方法。（9）由图两可知，电阻箱两端的电压u0=ir=3a1=3vu0即两个小组所画出的图象不同，是因为他们所控制的电阻箱两端电压不同。练习1：（2019丽水）利用如图电路研究“电流与电阻的关系”，其中电流表量程为“00.6a”，电压表量程为“03v”，滑动变阻器的规格为“50，1a”，依次将阻值为5欧、10欧、20欧的定值电阻接入ab之间完成实验，获得数据如下表。实验组别123电阻r（欧）51020电流i（安）0.40.20.1请回答：（1）完成第一组实验，断开开关，拆下5欧的电阻，改接10欧的电阻。继续操作有以下四步：闭合开关；将滑动变阻器的滑片移到最右端；记录电流表示数；将滑动变阻器的滑片移到适当位置。从安全和规范角度考虑，正确的顺序是；（2）上述操作中判断滑片已处于适当位置的依据是；（3）依据表中数据作出了下列图象，其中正确的是；（4）要完成本次实验，电源最多只能将节干电池串联。【答案】：（1）；（2）电压表示数为2v；（3）ab；（4）4。【解析】：（1）改接10欧的电阻。继续操作的步骤：将滑动变阻器的滑片移到最右端；闭合开关；将滑动变阻器的滑片移到适当位置，记录电流表示数；从安全和规范角度考虑，正确的顺序是；（2）研究“电流与电阻的关系“，要控制电阻的电压不变，由表中数据知，这个电压为：uir0.4a52v，上述操作中判断滑片已处于适当位置的依据是：电压表示数为2v；（3）由表中数据知，电阻为原来的几倍，通过的电流为原来的几分之一倍，即电压不变时，电流与电阻成反比，a正确，d错误；电流与电阻成反比，即电流与电阻的倒数成正比，b正确，c错误。故选ab；（4）要控制电阻的电压为2v不变，当定值电阻最大为20时，对应的变阻器的最大电阻不超过50，由压原理，变阻器的电压不超过50/202v5v，根据串联电路电压的规律，要完成本次实验，电源最多为：2v+5v7v，因1节只干电池为1.5v，故电源最多只能将4节干电池串联能将4节干电池串联。练习2：（2019泰州）小华在“探究电流与电阻关系”的实验中：（1）按要求将实物图连接完整（要求：滑片p向右滑时变阻器接入电路的电阻变大）。（2）在连接电路的过程中，开关必须处于（闭合/断开）状态，滑动变阻器的滑片p应放在最（左/右）端。（3）小华用三只阻值分别为15、10和5的电阻探究“电流与电阻关系”的过程中，将15电阻换成10时，应将滑片向（左/右）移动，其目的是。【答案】：（1）如下图；（2）断开；右；（3）左；控制电阻两端的电压不变。【解析】：(1)滑片p向右滑时变阻器接入电路的电阻变大,说明滑片p向右滑时,变阻器接入电路中的电阻线的长度应变长,故应将滑动变阻器下端左侧接线柱接入电路中,如答案图所示。(2)连接电路时,为了确保安全,开关必须要断开。为了保护电路,闭合开关前滑片要置于使滑动变阻器接入电路中的阻值最大处。故闭合开关前,滑动变阻器的滑片p应放在最右端。(3)探究“电流与电阻关系”时,应控制电压不变,改变定值电阻的阻值大小。将15 电阻换成10 时,根据串联分压原理可知,电阻两端的电压变小,为了控制电压和原来相同,就需要减小滑动变阻器两端的电压以增大定值电阻两端的电压,因此应将滑片向左移。练习3：（2019镇江）小兵利用图1电路来探究电流与电阻的关系，他在实验中控制电压表示数为u0不变，相关器材规格已在图中标明。（1）请用笔画线代替导线将电压表接入电路；（2）开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于图中最（选填“左”或“右”）端；（3）闭合开关，将电阻箱调至某阻值，调节滑动变阻器时，他发现电压表示数始终为零而电流表示数有明显变化，经检查是由于某处被短路而造成的，被短路的是；（4）小兵调节电阻箱阻值r，进行多次实验，所绘制的i与1/r关系图线如图2所示，由此可知u0v，实验结论是：在电压一定时，；（5）若由于电池电量不足，小兵换用4.5v电源后继续实验，进行了如下操作：将电阻箱阻值先调至4进行实验，实验完成后断开开关；再将电阻箱阻值调至15后，闭合开关进行实验；则由于小兵在上述操作中的一个疏漏，将会导致。（6）小华利用图1电路和器材也对电流与电阻的关系进行了探究在525范围内，他将电阻箱阻值r调至5个不同的值分别进行了实验，则他根据实验数据描点所绘制的与i与1/r关系图线不可能是图3中的（选填“甲”或“乙”），理由是。【答案】：（1）如下图；（2）左；（3）电阻箱；（4）2；通过导体的电流与导体的电阻成反比；（5）电阻箱两端的电压超过电压表量程；（6）乙；当电阻箱阻值为25时，滑动变阻器的最大阻值不能满足图线乙所需控制不变的电压0.75v。【解析】：（1）探究导体电流与电阻的关系时，需要控制导体两端的电压不变，因此电路图中电压表是测量电阻两端的电压，电压表要和被测对象并联。（2）为保证电路安全，在闭合开关前，应让滑动变阻器处于阻值最大，即接入电路中的电阻丝长度最长，由图可知，当滑片在最左端时接入电路中，电阻丝长度最长，电阻最大。（3）电压表无示数说明，开路或者被短路，又电流表示数发生较大变化，因此可知，电路中没有开路，而是电阻发生了较大变化，因此可以推断电阻箱处发生了短路。（4）由图可知，电流与电阻的倒数商就是所控制的电压，同时也是该图像的斜率，因此可以计算u=i/(1/r)=0.5v/0.25a=2v.同时可以得出结论，当电阻两端的电压一定时，通过导体的电流与电阻的阻值成反比。（5）将电阻箱阻值先调至4进行实验，再将电阻箱阻值调至15后，电阻突然变大，分压也会变大。疏漏了将滑动变阻器置于阻值最大端，容易使电阻两端的电压过大。（6）由图中甲可知，控制的电压是2v，而乙图线所需控制不变的电压为0.75v。由串联分压可知，u滑=u-uo=4.5v-0.75v=3.75，此时滑动变阻器应接入电路中阻值为r=3.75v/0.03a=125，而滑动变阻器最大阻值为50，因此不可能是乙。练习4：（2019临沂）在“探究电流与电阻关系”的实验中，小明依次选用阻值为5、10、20的定值电阻进行实验。（1）图甲是实验的实物连线图，其中有一条导线连接错误，请在该导线上打“”并画出正确连线。（2）改正错误后闭合开关，电流表有示数而电压表无示数，电路故障可能是_。（3）排除故障后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片至某一位置，电流表的示数如图乙所示，此时电路中的电流为_a。（4）断开开关，将5的定值电阻换成10的并闭合开关，此时应将滑动变阻器的滑片向_（选填“左”或“右”）端移动，这一过程中眼睛要一直观察_表示数的变化。（5）下表是实验中记录的数据，分析数据可知：10定值电阻的功率为_w。当导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成_比。【答案】：（1）如下图所示；（2）电阻短路；（3） 0.4 ；（4）右；电压（5） 0.4 ；反。【解析】：(1)由图甲可知,电流从正极滑动变阻器电阻左接线柱电压表负接线柱电流表开关电源负极,电阻没有接入电路,改正如答案图所示。(2)电流表有示数说明此电路是通路,电压表无示数,说明r短路或电压表开路。(3)由图甲可知,电流表接00.6 a量程,示数为0.4 a。(4)接5 的定值电阻时,保持其两端电压为u=ir=0.4 a5 =2 v不变;将5 的定值电阻换成10 后,电路电流变小,滑动变阻器两端的电压变小,电源电压不变,由u=u1+u2可知,10 电阻两端的电压变大,要使定值电阻两端的电压降为2 v,滑动变阻器滑片应向右滑动,使电路中的电流变小,定值电阻两端的电压变小;眼睛观察电压表使其为2 v。(5)10 定值电阻的功率为p=i2r=(0.2 a)210 =0.4 w;由表格数据可知,当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。练习5：（2019鹤岗）某学习小组在“探究通电导体中电流与电阻的关系”的实验中，小明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，电路中电流变大，导线不得交叉）。（2）连接好电路，闭合开关，发现电压表示数接近于电源电压，电流表几乎无示数，则故障为定值电阻r（填“短路”或“断路”）（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两端的电压为v；当r的电阻由5更换为10时，闭合开关后，为使r两端的电压（填“改变”或“不变”），滑动变阻器的滑片应向（填“左”或“右”）端滑动；若实验中r的阻值分别是5、10、15，则滑动变阻器的阻值至少是。【答案】：（1）如下图所示；（2）断路；（3）3；不变；右；7.5。【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，如下所示：（2）若定值电阻短路，电压表示数为0，电流表有示数，不符合题意；若定值电阻r断路，电流表示数为0，电压表串联在电路中测电源电压，有示数，符合题意，故闭合开关，发现电压表示数接近于电源电压，电流表几乎无示数，则故障为定值电阻r断路；（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两端的电压为：uir0.6a50.2a153v；探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，应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4.5v3v1.5v，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15电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：r滑0.5157.5，故为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少7.5的滑动变阻器。练习6：(2019泰州）小华在“探究电流与电阻关系”的实验中（1）按要求将实物图连接完整(要求:滑片p向右滑时变阻器接入电路的电阻变大）。（2）在连接电路的过程中,开关必须处于_(闭合/断开)状态,滑动变阻器的滑片p应放在最_(左/右)端（3）小华用三只阻值分别为15、10和5的电阻探究“电流与电阻关系”的过程中,将15电阻换成10时,应将滑片向_(左/右)移动,其目的是。【答案】：(1)如图所示(2)断开；右；(3)左；保持电阻两端的电压不变。【解析】：(1)滑片p向右滑时变阻器接入电路的电阻变大,说明滑片p向右滑时,变阻器接入电路中的电阻线的长度应变长,故应将滑动变阻器下端左侧接线柱接入电路中,如答案图所示。(2)连接电路时,为了确保安全,开关必须要断开。为了保护电路,闭合开关前滑片要置于使滑动变阻器接入电路中的阻值最大处。故闭合开关前,滑动变阻器的滑片p应放在最右端。(3)探究“电流与电阻关系”时,应控制电压不变,改变定值电阻的阻值大小。将15 电阻换成10 时,根据串联分压原理可知,电阻两端的电压变小,为了控制电压和原来相同,就需要减小滑动变阻器两端的电压以增大定值电阻两端的电压,因此应将滑片向左移。练习7.(2019潍坊）在“探究电流与电阻的关系”实验中，某小组利用电阻箱等连接了如图甲所示的实物电路（电源电压恒为6v）。甲乙（1）用笔画线代替导线将图甲中电路连接完整（要求滑动变阻器滑片向b端滑动时接入电路的阻值变大）；（2）将第一次实验得到的数据填入表格，然后将电阻箱接入电路的阻值由10调至20，滑动变阻器的滑片向_（选填“a”或“b”）端移动，直到_为止，此时电流表指针位置如图乙所示，其示数为_a；（3）根据以上实验数据得出结论：电流与电阻成反比。请对上述探究写出一条改进性建议_。（4）再次改变电阻箱阻值，发现无论怎样调节滑动变阻器都不能达到实验要求，若电路无故障，则引起这种情况的原因可能是_。【答案】：(1)如下图所示；(2)b；电压表的示数为4 v；0.2；(3)进行多次实验(或结论中添加“电压一定”的前提)；(4)电阻箱的阻值调得太大(或滑动变阻器最大阻值太小)。【解析】：(1)根据实验要求,滑动变阻器滑片向b端滑动时接入电路的阻值变大,则必须接a接线柱。(2)在探究电流跟电阻的关系时,必须保证电压不变,由表中数据可知,电压为4 v不变,电阻由10 变为20 后,电路中的电流变小,此时滑动变阻器两端的电压变小,由u=u1+u2可知,电阻箱两端的电压变大,所以滑动变阻器滑片应向b端移动,直到电阻箱两端的电压降为4 v;由于电流表的量程为00.6 a,故其读数为0.2 a。(3)由表中数据可知,只有两组数据,不具有普遍性,建议进行多次实验,得出在电压一定时,导体中电流跟导体的电阻成反比。(4)根据串联电路中分压原理,若电阻箱接入电路的阻值越大,电阻箱两端的电压就越大,要使电阻箱分压保持4 v不变,则滑动变阻器分压必须变大,即滑动变阻器的最大电阻必须较大,否则无法使电阻箱两端的电压保持4 v不变。练习8：（2018菏泽）如图所示，用电流表（00.6a，03a）、电压表（03v，015v）、定值电阻（5、10、15、20、30各一个）、滑动变阻器（050）、电源（6v）、开关和导线若干，探究电流与电阻的关系。（1）请你根据甲图所示的电路图，将乙图中的电路连接完整。（2）滑动变阻器在电路中的作用是。（3）小强做此实验时，在电流表使用无误的情况下，收集测量数据，记录表格如下：实验次数电阻r/电流i/a150.62100.13150.24200.155300.1小强的五次实验操作中有一次是错误的，请你对小强记录的数据进行分析，你发现第次测量的数据是错误的，错误的原因是。（4）请你根据表中正确的数据，在丙图中绘制出电流随电阻变化的图象。【答案】：（1）如下图；（2）控制电阻的电压不变；（3）2；没有控制电阻的电压不变；（4）如上右所示。【解析】：（1）将变阻器p以右电阻丝连入电路中与电阻串联，电流表串联在电路中；（2）研究电流与电阻关系，要控制电压表表示数不变，据此分析