14.4欧姆定律的应用第一讲欧姆定律的实验探究(原卷版)

4欧姆定律的应用第一讲欧姆定律实验探究[学习目标]熟练应用欧姆定律，掌握伏安法测电阻的相关问题了解灯丝电阻的特性。通过测量小灯泡电阻，了解欧姆定律的应用。特殊方法测电阻；电路电流与电压和电阻的关系由于电压是形成电流的原因，说明电流的大小与导体两端的有关；由于导体的电阻对电流有阻碍作用，所以，电流的大小与导体有关。为了研究通过导体的电流跟电压的关系，我们应控制一定，通过在电路中串联一个来调节导体两端的电压，通过实验可以得出结论：电阻一定时，通过导体中的电流跟导体两端的电压成。为了研究通过导体的电流跟电阻的关系，我们应控制电阻两端的一定，通过换用不同的来改变电阻，通过实验可以得出结论：电压一定时，通过导体的电流跟导体的电阻成。解欧姆定律数学表达式变形公式U=IR两个电阻串或者并联电路电流、电压、电阻的规律串联电路特点：I＝I1＝I2U＝U1＋U2R＝R1＋R2并联电路特点：I＝I1＝I2U＝U1＝U2伏安法测导体电阻实验原理：根据欧姆定律的变形公式，用电压表、电流表分别测出待测电阻两端的电压和通过它的电流，就可以求得这段导体的电阻；此法叫“伏安法”。实验器材：电源、开关、电压表、电流表、滑动变阻器、待测电阻、导线若干。实验电路：如图所示。实验步骤：①按实验原理图正确连接实验电路；②电路经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P的位置，使电阻两端的电压分别为U1、U2、U3，观察电流表的示数，每次对应的数值为I1、I2、I3，分别填入设计的表格中；③根据每次记录的电压值和电流值求出每次对应的电阻值R1、R2、R3，求出它们的平均值R=（R1+R2+R3）/3。次数电压U/V电流I/A电阻R/Ω123滑动变阻器的作用：①保护电路；②改变导体两端的电压，使其成倍数地增加；③多次测量求平均值。伏安法测小灯泡电阻实验原理：根据欧姆定律的变形公式，用电压表、电流表分别测出待测小灯泡两端的电压和通过它的电流，就可以求得小灯泡的电阻。实验器材：电源、开关、电压表、电流表、滑动变阻器、待测小灯泡、导线若干。实验电路：如图所示。实验步骤：①按实验原理图正确连接实验电路；②电路经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P的位置，使小灯泡两端的电压分别为U1、U2、U3，观察电流表的示数，每次对应的数值为I1、I2、I3，分别填入设计的表格中。③根据每次记录的电压值和电流值求出每次对应的电阻值R1、R2、R3，求出它们的平均值R=（R1+R2+R3）/3。记录表格实验序号U/VI/AR/Ω123待测小灯泡电阻R=（R1+R2+R3）/3注意事项：①器材的选取：电流表所选用量程满偏值要大于电路中的最大电流；滑动变阻器的最大阻值应略大于或接近小灯泡的电阻（效果更明显）；②连接电路时：按照电压表、电流表、滑动变阻器的使用规则，将它们正确地连入电路，在连接的过程中，开关要断开；③进行实验时：闭合开关前，要把滑动变阻器的滑片调到最大阻值处，是电路中的电流最小，以保证电路中灯泡、滑动变阻器、电压表、电流表等仪器的安全；④将每次测量的结果和小灯泡的发光情况记录下来，以便最后分析和总结；⑤分析处理数据，对于测得的各组电流和电压值，计算出相应的电阻，然后比较，找出规律。测量电阻的其他方法只有电压表和己知电阻，测未知电阻方法一：如图1，闭合S，用电压表分别测出Rx及R0两端电压Ux、U。，则Rx=R0Ux/U0。方法二：如图2，闭合S1，当S2闭合时，电压表读数为U，S2断开时，电压表读数为Ux，则Rx=R0Ux/(U–Ux)。方法三：如图3，闭合Sl，当S2闭合时，电压表读数为U，S2断开时，电压表读数为U0，则Rx=R0(U–U0)/U0。方法四：如图4，滑动变阻器最大阻值为R0，闭合S，当滑片P滑至最左端，电压表读数为U，滑片滑至最右端，读数为Ux，则Rx=R0Ux/(U–Ux)。只有电流表和己知电阻，测未知电阻方法一：如图5，闭合S，用电流表分别测出通过Rx及R0的电流Ix、I0，则Rx=R0I0/Ix。方法二：如图6，闭合S1，当S2闭合时，电流表读数为I1，S2断开时，电流表读数为I2，则Rx=R0(I1–I2)/I2。方法三：如图7，闭合S1，当S2闭合时，电流表读数为I1，S2断开时，电流表读数为I2，则Rx=R0I2/(I1–I2)。方法四：如图8，当S闭合时，电流表读数为I1，S断开时，电流表读数为I2，则Rx=R0(I1–I2)/I2。方法五：如图9，当S闭合时，电流表读数为I1，S断开时，电流表读数为I2，则Rx=R0I2/(I1–I2)。方法六：如图10，滑动变阻器最大阻值为R0，闭合S，滑片置于最右端，电流表读数为I1；滑片置于最左端，电流表读数为I2，则Rx=R0I2/(I1–I2)。知识点一：伏安法测电阻原理【探究重点】区别“探究电流与电压关系”和“伏安法测电阻”“探究电流与电压关系”实验和“伏安法测电阻”实验，都需要测量电阻两端的电压与流过电阻的电流，实验需要测量的量相同；“探究电流与电压关系”的实验目的是研究电阻两端的电压与流过电阻的电流间的关系，“伏安法测电阻”是为了测电阻的阻值，它们的实验目的不同；“探究电流与电压关系”实验中，进行多次实验，是为了探究在不同电压下，电流与电压的关系，使实验得出的结论具有普遍性，得出普遍规律；“伏安法测电阻”实验中，进行多次实验，是为了多次测量求平均值，以减小误差。【例题精讲】某同学利用下图所示的电路做“伏安法测电阻”的实验，已知电源电压恒为8V，滑动变阻器标有“20Ω1A”字样，实验中该同学填写的实验数据如表所示。下述关于实验的几种说法中不正确的是()序号1234U/V2.03.04.05.0I/A0.210.300.400.49①该同学测得此电阻的阻值约为10Ω②序号“3”的实验中，滑动变阻器与待测电阻的阻值之比为1：1③序号“1”实验数据是使用现有器材无法得出的④仅用该同学的实验器材就能探宄电流与电阻的关系A．①② B．①④ C．④ D．①②③【巩固训练】对于“探究电流跟电阻的关系”和“伏安法测量电阻”的这两个实验，下列说法不正确的是()A．它们都是采用控制变量的研究方法B．它们的实验电路在教科书中是相同的C．前者多次测量的目的是分析多组数据，得出电流跟电阻的关系D．后者多次测量的目的是取电阻的平均值，减小误差知识点二：伏安法测电阻实验【探究重点】本实验中，滑动变阻器的作用：改变被测电阻两端的电压(分压)，同时又保护电路(限流)。测量结果偏小是因为：有部分电流通过电压表，电流表的示数大于实际通过Rx电流。根据Rx=U/I电阻偏小。【例题精讲】(2020·北京西城区·九年级二模)小龙想利用一块电压表和阻值已知的电阻R0测量电阻Rx的阻值。小龙选择了满足实验要求的器材，连接了如图所示的实验电路。当闭合开关S和S1时，电压表测量电阻Rx两端的电压U1；闭合开关S和和S2时，电压表测量电源两端的电压U2。请你用U1、U2和R0写出Rx的表达式，Rx＝_____。【巩固训练】小张在“伏安法”测电阻实验中，连接了图甲所示的实物图。(1)闭合开关前，应向______端(选填“A”或“B”)调整滑动变阻器的滑片。(2)闭合开关S后，发现小灯泡不亮，观察电流表和电压表均有示数，接下来首先应该操作的是______(填序号)A．检查导线连接是否良好B．移动滑动变阻器的滑片观察小灯泡是否发光C．断开开关(3)测量过程中，某一次的电流值如图乙所示，这时，灯丝突然烧断，则电压表的示数______(选填“变大”“变小”或“不变”)。换相同规格的灯泡，重新测量数据，并绘出I-U图象如图丙中的A所示。(4)分析图象A可知，当小灯泡两端的电压增大时，灯丝的电阻会______(选填“变大”“变小”或“不变”)(5)另外一组同学用相同的器材和电路图也做这个实验时，由于接线错误，根据测量的数据绘出的I-U图象如图丙中的B所示。你认为错误的原因可能是______。知识点三：测量小灯泡的电阻【探究重点】通过实验记录，对数据分析，发现灯泡的电阻不是定值，是变化的且变化较大，是什么原因使灯泡的电阻发生变化的呢？是导体两端电压变化了，是通过灯泡电流变化还是亮度变化引起电阻的变化？分析：影响电阻大小的因素：1．导体本身的条件：①材料；②长度；③横截面积；2．温度。【例题精讲】（2022·江苏镇江·三模）实践小组的同学们进行“伏安法测定小灯泡电阻”的实验，小灯泡的额定电压为2.5V（阻值约为，滑动变阻器规格为“1A”。(1)请你用笔画线代替导线，将图甲中的电路连接完整（导线不得交叉）_____；(2)滑动变阻器在实验中除保护电路外，还有__作用。同学们把电路元件接入电路，刚接好最后一根导线，灯泡就立即发光，发生这种现象的原因可能是__；(3)经检查无误后，接通电路，向左移动滑动变阻器的滑片，观察到__，表明小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡正常发光时的阻值为__。继续向左移动滑片，则可能出现的现象有__（写出一条即可）；(4)实验结束后，小组同学根据实验数据，绘制了如图丙所示的图象，分析图象可得出结论：__。【巩固训练】用伏安法测量标有电压为2.5V的某小灯泡正常工作时电阻的实验时，电路图如图甲所示．(1)根据电路图完成图乙中实物连接．(2)连接电路时开关应处于状态，滑动变阻器滑片应位于(选填“最左”或“最右”)端．(3)开关闭合后，小华发现，无论怎样移动滑片P，灯都不亮，电流表示数始终为0，电压表示数约为电源电压．则电路中出现的故障可能是．(4)如图丙所示，小灯泡正常工作时电流表的读数为A，此时小灯泡的电阻约为Ω.(5)本小组完成实验后，讨论该电路还能完成的实验有.知识点四：其他电阻测量的方法【探究重点】注意等效电阻的思想应用；注意伏阻法、安阻法的应用【例题精讲】小红想利用一块电流表和阻值已知的定值电阻R0测量未知电阻Rx的阻值。小红设计了如图所示的实验电路。(1)以下是小红设计的部分实验方案，请你帮她补充完整:①只闭合开关S、S1，读出并记录电流表示数I1。②____________，读出并记录电流表示数I2。(2)请你用电流表两次的示数I1、I2和定值电阻R0表示出Rx，Rx=____________。【巩固训练】为了测出未知电阻Rx的阻值，某同学利用阻值已知的电阻R0和一只电流表或电压表分别设计了如图所示的四种电路，其中可行的是(电源电压未知且不变)()A．(2)(3) B．(2)(4) C．(1)(3) D．(3)(4)利用电压表与电流表测电阻的方法叫做“伏安法”，如图所示，“伏安法”测电阻R的电路图应该是()A． B．C． D．小明在实验室做“测量定值电阻Rx的阻值”实验，所使用的电源电压恒为3V，滑动变阻器的最大阻值为R，待测电阻Rx的阻值约为10Ω。(1)如图所示是小明连接的实验电路。①闭合开关，电压表___________示数，电流表___________示数。(均选填“有”或“无”)②该电路中存在导线连接错误，请在接错的导线上画“×”，并用笔画线代替导线画出正确的实物电路连接图。(_______)(2)正确连接电路后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，当电流表的示数为0.26A时，电压表的示数如图乙所示。①此次测量的待测电阻Rx的阻值为___________Ω。②为了使测量值更接近真实值，下一步，应将滑片向___________(选填“C”或“D”)端移动，进行多次测量并计算电阻阻值的平均值，以减小实验误差。(3)在实验过程中，电流表突然损坏而无法正常使用，小明用一根导线替代电流表，利用现有器材也测出了一组数据并计算出了待测电阻的阻值操作步如下：①调节滑片P至滑动变阻器的阻值___________处，闭合开关，读出电压表示数为U1；②___________，读出电压表示数为U2。③待测电阻Rx=___________(用已知量和测量量表示)。小明和小华分别用“伏安法”测量定值电阻的阻值。(1)小明实验的电路如图甲所示，请用笔画线代替导线把电路连接完整。(2)小明第1次测量时，电压表示数如图乙所示，则电压为Ｖ。(3)小明测量的数据如表一所示，则定值电阻的阻值为Ω。(4)小华测量的数据如表二所示，则小华实验中存在的问题可能是：。如图1所示的是某实验小组在“测量小灯泡的电阻”实验中设计的电路图，所用小灯泡标有“2.5V”字样；(1)该实验的原理是______；(2)该组同学连接好电路的最后一根导线时，小灯泡立刻发出耀眼的光亮；导致上述现象的不规范操作是______；(3)若另一组同学也按要求连接好电路，但闭合开关后，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数并且几乎等于电源电压，则故障的原因是______；(4)若某次测量时电压表的示数为2V，电流表的示数如图2所示，则电流表的示数为______A，此时灯泡的电阻为______Ω；(5)该组同学分别记录三组电压和电流值，通过计算发现灯丝电阻是不同的，他们还了解到其他组同学也得到类似的结果；出现这种结果的原因是______。(2020·全国九年级课时练习)电源电压未知，变阻器最大值R0和定值电阻R0已知，图中电路不能测出未知电阻Rx阻值的电路是()A．B．C． D．(2021·内蒙古包头市)物理兴趣小组利用“伏安法”测量一个阻值较小的定值电阻Rx的阻值，电路如图甲所示。已知电源电压为12V，R0=20Ω，滑动变阻器规格为“100Ω0.6A”。(1)请用笔画线代替导线，将图甲中的电路连接完整，要求滑片向左移动连入电路中的阻值变小，导线不要交叉______；(2)连接电路后，闭合开关，发现电流表无示数。电压表示数接近电源电压。若导线和器材均完好，则故障可能是______；(3)排除故障后，闭合开关调节滑片，测出多组数据，作出I-U图像，如图乙所示。则Rx阻值为______Ω；(4)该电路中串联R0的作用是______。(填正确答案标号)A．增大串联电阻，增大分压，电压表易于读数B．增大串联电阻，增大分流，电流表易于读数小明用伏安法测某一阻值约为几百欧的定值电阻实验。(1)小明发现，逐渐减小滑动变阻器的接入电阻，电压表示数逐渐变大，但电流表的指针儿乎不偏转，经检查电路完好。电流太小的原因是___________所以不能用伏安法测出该电阻的阻值；(2)同组的小红设计了另一种测量电阻Rx的方案，电路图如下图所示，电路中定值电阻R0的阻值已知，电源电压未知。①她先断开S1，闭合S、S2，读出电压表示数为U1；②再___________(填各开关的状态)，读出电压表示数为U2；③电阻Rx的阻值表达式为___________(用U1、U2、R0表示)；(3)在实验室选择合适的实验器材，又设计如下图所示的四个电路测量Rx的阻值，其中R0为己知阻值的定值电阻、R1为电阻箱，则能测出未知电阻Rx的电路是(_________)某实验小组利用如图甲所示的电路测量小灯泡正常发光时的电阻。小灯泡L标有“2.5V”字样：(1)请用笔画线代替导线，将图甲中实物电路正确连接完整。要求：滑动变阻器的滑片P向左移，小灯泡的亮度变亮(连线不能交叉)。(2)连接好电路，闭合开关，观察到小灯泡L不发光，电压表示数为零，移动滑片仍如此。将电压表分别正确并联在AB、BC、CD两端，发现UAB=UCD=0，UBC≈3V。由此可知，故障是(选填“AB”、“BC”或“CD”)断路。(3)排除故障后，闭合开关，移动滑片P，当电压表的示数为2.0V时，应该向(选填“左”或“右”)移动滑片P才能测得小灯泡正常工作时的电阻。若小灯泡正常工作时电流表示数如图乙所示，则灯泡正常工作时的电阻为Ω(保留一位小数)。(4)同组的小梦同学提议，应测量出不同电压下灯泡的电阻，取平均值作为灯泡正常工作的电阻。你判断她的的提议是否正确并说明理由，理由：。(5)完成上述实验后，他们又找来了两个开关和一个最大阻值为R0的滑动变阻器R1，设计了不用电流表测量这个小灯泡正常发光时电阻的电路，如图丙所示。请你根据操作步骤写出小灯泡正常发光时电阻的表达式。①只闭合S和S1，调节R1的滑片，使电压表的示数为2.5V；②只闭合S和S2，，调节R2滑片使电压表的示数仍为2.5V；③保持R2的滑片位置不动，将R1的滑片调至最右端，记录电压表的示数U1；再将R1的滑片调至最左端，记录电压表的示数U2；则小灯泡正常发光时的电阻RL=(用已知量和测量量的符号表示)。(2020·江苏九年级其他模拟)如图所示，小明同学在做测量小灯泡电阻的实验时不小心将电压表和电流表的互换了位置，如果此时将开关闭合，则()A．两表都不会被烧坏 B．电流表不会被烧坏，电压表可能被烧坏C．两表都可能被烧坏 D．电压表不会被烧坏，电流表可能被烧坏(2020·苏州市吴江区盛泽第二中学九