专题09 电（磁）学重点实验（解析版）

专题9：电（磁）学重点实验实验一：探究电流与电压、电阻的关系1．（2022•安顺）某实验小组“探究电流与电阻的关系”。实验电路如图1所示，电源电压恒定，R1可分别选用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的电阻。（1）先用5Ω的电阻实验，闭合开关，发现无论怎样移动滑片P，电流表无示数，电压表有示数且几乎不变。则电路中的故障可能是（填字母序号）A．R1断路B．R2断路C．R1短路（2）故障排除后，移动滑片P使电压表示数为3V，记录此时电流表的示数。把R1由5Ω换成10Ω，为保证电压表示数与更换前相同，滑片P应向（选填“A”或“B”）端移动；（3）继续完成实验，得出数据如表。根据表中数据，请在图2坐标系中画出电流I与电阻倒数变化关系的图像；序号1234电阻/Ω5101520电阻倒数/Ω﹣10.200.100.070.05电流I/A0.600.220.200.15（4）根据你画出的图像得出结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成比；（5）为能完成上述操作，若R2选用“20Ω1.0A”，电源电压应选择（填字母序号）A．6VB．9VC．12V【解答】解：（1）电流表无示数，说明电路可能断路；电压表有示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的电路以外的电路是完好的，与电压表并联的定值电阻R1断路了，故选A；（2）根据串联电路的分压原理可知，将定值电阻由5Ω改接成10Ω的电阻，电阻增大，其分得的电压增大；探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，根据串联电路电压的规律可知，为了保持定值电阻两端电压不变，应增大滑动变阻器分得的电压，由串联分压的分压原理可知，应增大滑动变阻器连入电路中的电阻，所以滑片应向B端移动，使电压表的示数不变；（3）根据表中数据，画出电流I与电阻倒数1/R变化关系的图像，如图所示：（4）根据画出的图像得出结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；（5）实验中使用的定值电阻阻值最大为20Ω，定值电阻两端的电压始终保持UV＝3V，当电路中接入20Ω定值电阻，滑动变阻器连入电路中的电阻为：R滑＝20Ω时，根据分压原理，滑动变阻器分得的电压为3V，电源电压UV＝3V+3V＝6V。故答案为：（1）A；（2）B；（3）见解答；（4）反；（5）A。2．（2021•西宁）用如图甲所示的电路探究电流与电压关系。（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的电路连接完整。（要求滑片向左滑动时，变阻器连入电路的电阻变大，且导线不能交叉）（2）实验时，闭合开关，将滑片移动到某位置，记下电压表和电流表的示数。接下来的操作是。（填字母）A.换用另一个定值电阻，将滑片移动到某位置，记下电压表和电流表的示数B.将滑片移动到另外几个位置，分别记下电压表和电流表的示数（3）小明根据实验数据画出I—U图象，如图乙所示。分析可知，通过定值电阻的电流与其两端的电压成。（4）小明同学还想测量小灯泡的电功率，于是他将上面实验中的定值电阻换成额定电压为2.5V的小灯泡。正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表示数接近电源电压，出现这种故障的原因是。（5）排除故障后，小明调节滑片，使小灯泡正常发光时，电流表的示数如图丙所示，电流大小为A，小灯泡正常发光时的电功率为W。（6）小明通过改变滑动变阻器滑片的位置，多次进行了小灯泡电功率的测量，这样做的目的是。（填字母）A.求出灯泡在不同电压下的功率的平均值，这样可以减小误差B.找出灯泡的亮度与灯泡实际功率之间的关系【解答】解：（1）要求滑片向左滑动时，变阻器连入电路的电阻变大，所以变阻器应选择右下接线柱串联入电路中，如图所示：；（2）探究电流与电压关系的实验，要控制电阻不变，记下电流随电压的变化关系，为得出普遍性的结论，要多次测量，故实验时，闭合开关，将滑片移动到某位置，记下电压表和电流表的示数。接下来的操作是将滑片移动到另外几个位置，分别记下电压表和电流表的示数，故选B；（3）由图乙知，电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压的图象是正比例图象，可知，电阻一定时，通过定值电阻的电流与其两端的电压成正比；（4）正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路有断路，电压表示数接近电源电压，说明与电压表并联部分电路断路，电压表两接线柱到电源间是通路，所以故障原因是小灯泡断路；（5）由图丙知电流表的量程为0﹣0.6A，分度值为0.02A，示数为0.28A小灯泡正常发光时的电功率为：P＝UI＝2.5V×0.28A＝0.7W；（6）灯泡在不同电压下的功率不同，求功率的平均值无意义；小红在实验中进行了多次测量，其测量目的是找出灯泡的亮度与灯泡实际功率之间的关系。故选B。故答案为：（1）见上图；（2）B；（3）正比；（4）小灯泡断路；（5）0.28；0.7；（6）B。实验二：测量小灯泡的电功率3．（2022•资阳）在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验室提供的实验器材如下：A.待测小灯泡一个（额定电压3.8V，电阻约为10Ω）B.电源一个（电压6V）C.电流表一个（量程0～0.6A和0～3A）D.电压表一个（量程0～3V和0～15V）E.滑动变阻器R（最大阻值10Ω，额定电流1A）F.开关一个，导线若干（1）图甲是已经完成部分连线的实物电路图，请用笔画线代替导线将实物电路连接完整（要求当滑动变阻器的滑片P向C端移动时，接入电路的电阻变小）；（2）电路连接完成之后，在开关S闭合之前，从安全性原则出发，应将滑动变阻器的滑片P置于端（选填“C”或“D”）；（3）正确连接电路后，闭合开关S，发现小灯泡不发光，电压表有示数但电流表无明显示数，且移动滑动变阻器滑片P时，两表示数均无显著变化。造成这一现象的原因可能是；A.小灯泡发生短路B.小灯泡发生断路C.滑动变阻器发生短路D.滑动变阻器发生断路（4）排除故障继续实验，闭合开关S，移动滑动变阻器滑片P，当电压表读数U＝3.8V时，小灯泡正常发光，电流表示数如图乙所示，则可以求得小灯泡的额定功率P0＝W。【解答】解：（1）该实验的电路属于串联电路，小灯泡、电流表、滑动变阻器串联，电压表与小灯泡并联；由题知，待测小灯泡的额定电压为3.8V，电阻约为10Ω，则小灯泡的额定电流大约为：I额＝＝＝0.38A，为了电流测量值更准确，所以电流表应该选择0～0.6A的量程；要求当滑动变阻器的滑片P向C端移动时，接入电路的电阻变小，根据图甲知，滑动变阻器应该选择C处的接线柱，则完整的电路连接图如下：（2）为了保护电路，在开关S闭合之前，滑动变阻器的滑片应置于其阻值最大处，由电路图知，滑动变阻器的滑片P应该置于D端；（3）该实验的电路属于串联电路，电流表与小灯泡和滑动变阻器串联，电压表与小灯泡并联。当小灯泡不发光，且电流表无明显示数时，电路中发生了断路，而电压表有示数，且移动滑动变阻器滑片P时，两表示数均无显著变化，则原因是与电压表并联的小灯泡发生了断路，故B正确；（4）由于电流表选择的是0～0.6A的量程，则图乙中电流表的示数为0.3A，则小灯泡的额定功率为：P0＝U额I额′＝3.8V×0.3A＝1.14W。故答案为：（1）见解析；（2）D；（3）B；（4）1.14。4．（2021•黄冈）在测量小灯泡电功率的实验中，电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V。（1）图甲是某小组连接的电路，其中有一根多余的导线，导致电路连接错误，请在这根导线上打“×”。（2）拆除多余的导线后，正确操作，当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是W。（3）图丙是根据实验数据绘制的通过小灯泡的电流I与其两端电压U的关系图像，分析图像可知，当小灯泡两端的电压为1.5V时，小灯泡的电阻为Ω；当小灯泡两端电压升高时，其电阻的变化情况是（选填正确选项前的字母）。A.保持不变B.逐渐减小C.逐渐增大【解答】解：（1）电流从电源正极依次经过开关、滑动变阻器、电流表以及灯泡回到电源负极，电压表并联在灯泡两端，根据实物图可知，滑动变阻器的左上接线柱与灯泡相连的导线错误，如下图所示：（2）根据实物图和图乙可知，电流表量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.28A，则灯泡的额定功率：PL＝ULIL＝2.5V×0.28A＝0.7W；（3）根据图丙可知，当小灯泡两端电压为1.5V时，通过小灯泡的电流为0.25A，所以由I＝可知，此时小灯泡的阻值：RL′＝＝＝6Ω，小灯泡正常发光时的电阻：RL＝＝≈8.9Ω，由此可见，当小灯泡两端电压升高时，其电阻逐渐变大，故选：C。故答案为：（1）如上图所示；（2）0.7；（3）6；C。实验三：测量定值电阻的阻值5．（2022•潍坊）小明利用图甲所示电路测量未知电阻Rx的阻值，电源电压保持3V不变，滑动变阻器铭牌标有“30Ω2A”字样，Rx的阻值约为10Ω。（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整（要求滑动变阻器的滑片P向左滑动时，电流表示数变大）。（2）闭合开关，两电表均无示数；将电压表改接在变阻器两端时，两电表均无示数；将电压表改接在开关两端时，电压表有示数，电流表无示数。则电路故障是。（3）排除故障后，闭合开关，移动变阻器的滑片P至某一位置，此时电压表示数为2.7V，电流表示数如图乙所示，则未知电阻Rx＝Ω。（4）小明利用图甲电路测量另一未知电阻R'x，将R'x正确接入电路，但发现无论如何移动滑片P，电流表示数几乎为0，电压表示数接近3V，经判断得知R'x阻值较大，利用该电路无法测出R'x阻值。小明查阅资料获知，电压表相当于一个能显示自身两端电压的定值电阻，且阻值较大，于是他找了一个2kΩ的定值电阻R0，设计了如图丙所示电路，电源电压恒为3V。闭合开关S，并进行了如下操作：①S1接1时，记录电压表示数为2.5V；②S1接2时，记录电压表示数为2V；③计算待测电阻R'x＝Ω。【解答】解：（1）向左移动滑动变阻器的滑片P使电流表示数变大，说明滑动变阻器的滑片P在向左移动过程中接入电路的电阻在减小，故滑动变阻器应接左下接线柱，电路中的最大电流为：I＝＝＝0.3A，所以电流表选用小量程，如图所示：（2）闭合开关，两电表均无示数，电路可能断路，将电压表接在变阻器两端时也无示数，说明变阻器之外的电路存在断路，但接在开关两端时有示数，则说明开关的之外的电路为通路，故电路故障是开关断路或接触不良；（3）电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，由图乙知：电流表的示数为0.3A，由I＝得未知电阻的阻值为：Rx＝＝＝9Ω；（4）电源电压恒为3V，S2接1时，定值电阻与电压表串联，电压表示数为2.5V，由串联电路电压的规律，定值电阻的电压为：U0＝3V﹣2.5V＝0.5V，由分压原理，电压表内阻为：RV＝×2000Ω＝10000Ω；S1闭合，S2接1时，待测电阻与电压表串联，电压表示数为2V；由串联电路电压的规律，待测电阻的电压为：U′x＝3V﹣2V＝1V，由分压原理，R'x＝×10000Ω＝5000Ω。故答案为：（1）见解答图；（2）开关断路或接触不良；（3）9；（4）5000。6．（2022•贵港）小华做测量定值电阻Rx阻值的实验，现有器材：待测电阻Rx、两节干电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干。（1）请按图甲所示的电路图，以笔画线代替导线，将图乙中的电路连接完整。（2）连接电路时，开关断开，并将滑动变阻器滑片置于阻值处。（3）正确连接电路，闭合开关，发现无论怎样移动滑片P，电流表都没有示数，而电压表示数接近3V，则故障可能是（选填标号）。A.滑动变阻器断路B.Rx断路C.Rx短路（4）排除故障后，当电压表示数为1.3V时，电流表示数如图丙所示，则通过Rx的电流大小为A，它的阻值是Ω。（5）本实验要多次测量取平均值，目的是。（6）小华对实验进行进一步拓展，利用电源（电压未知但恒定不变）、阻值为R0的定值电阻、电流表、开关等器材，设计了如图丁所示的电路也能测出Rx的阻值，请你完成下列实验步骤：①按电路图正确连接电路，闭合开关S，断开开关S1，读出电流表示数I1；②，读出电流表示数I2；③根据实验数据，计算出待测电阻Rx＝。（用R0、I1、I2表示）【解答】解：（1）滑动变阻器要采取“一上一下”的连接方式，与待测电阻串联，如图所示：（2）为保护电路，连接电路时，开关断开，并将滑动变阻器滑片置于阻值最大处；（3）电流表没有示数，说明电路断开，电压表示数接近电源电压，说明电压表、电流表、滑动变阻器、开关与电源两极连通，所以电路故障可能是定值电阻断路，故B正确；（4）由图知，电流表量程为0～0.6A，分度值为0.02A，读数为0.26A，则待测电阻：Rx＝＝＝5Ω；（5）为了使结果更加准确，应多测几次求平均值，这样可以减小误差；（6）①闭合开关S，断开开关S1，读出电流表示数I1，此时电阻R0两端的电压即为电源电压：U＝I1R0；②再闭合开关S1，此时电阻R0、Rx并联，读出电流表示数I2为电路总电流，因为电源电压不变，所以流过电阻R0电流不变，根据并联电路电流特点，流过电阻Rx的电流：Ix＝I2﹣I1；③电阻：Rx＝＝。故答案为：（1）见解答图；（2）最大；（3）B；（4）0.26；5；（5）减小误差；（6）再闭合开关S1；。实验四：测量小灯泡的阻值7．（2021•随州）某实验小组在“测量小灯泡电阻”实验中，供选择的器材有“×V0.25A”的灯泡、电流表、电压表、开关、电源、滑动变阻器和导线若干。（1）请根据要求用笔画线代替导线将图甲中的实物电路连接完整（要求：向左移动滑动变阻器滑片P时，电路中的电流变大，且导线不能交叉）。（2）正确连接电路后，将滑动变阻器接入最大阻值，闭合开关S，灯泡发光微弱，缓慢移动滑片P，读取两电表对应的示数并记录在实验表格中。当电流表示数为0.25A时，电压表指针所指位置（局部放大）如图乙所示，则读数是V。（3）该小组利用记录下的实验数据，绘制出了小灯泡灯丝的I﹣U图像，如图丙所示，分析图象可得出结论（只写1条即可）：。（4）该小组在拓展实验中发现；相同型号的新灯泡和经常使用的旧灯泡在并联使用时，旧灯泡的亮度明显不如新灯泡。这个现象引起研究兴趣，通过小组合作讨论，他们得出：灯泡长期使用，灯丝由于表面升华而变细，灯丝电阻（选填“变大”或“变小”），导致小灯泡在额定电压下工作时的实际功率小于额定功率。【解答】解：（1）根据题意可知，向左移动滑动变阻器滑片P时，电路中的电流变大，根据欧姆定律可知，电路总电阻变小，即滑动变阻器接入电路的电阻减小，故应接滑动变阻器的左下接线柱；如图所示：（2）根据实物图可知，电压的量程为小量程，所以电压表的分度值为0.1V，示数为2.5V；（3）根据实验数据绘制出了小灯泡的“I﹣U”关系图像可知，灯在额定电压下的电流为0.25A，小灯泡的额定功率是：P＝UI＝2.5V×0.25A＝0.625W；由图可知，小灯泡灯丝的I﹣U图像不是一条直线，这表明小灯泡灯丝电阻是变化的，造成这一现象的原因是灯丝电阻随温度的升高而增大；（4）灯泡长期使用，灯丝由于表面升华而变细，在材料和长度不变的情况下，灯丝的横截面积越小，灯丝电阻越大，根据P＝可知，会导致小灯泡在额定电压下工作时的实际功率小于额定功率。故答案为：（1）如图；（2）2.5；（3）小灯泡的额定功率是0.625W（或灯丝电阻随温度的升高而增大）；（4）变大。实验五：探究串、并联电路中的电流和电压特点8．（2022•桂林）小桂和小林在“探究并联电路中电流的规律”的实验中：（1）他们按如图甲的电路图连接电路，在图乙的实物图中还差一根导线没有连接，请在图中画出该条导线。（2）在实验过程中，L2突然熄灭，L1亮度不变，电路可能出现的故障是L2路。（3）排除故障后，用电流表测出通过L1、L2和干路的电流，记录如下表，第三次实验时电流表A1指针指在如图丙的位置，其读数应为A；小桂分析实验数据后得出结论：并联电路干路电流等于各支路电流之和，且各支路电流相等。小林认为小桂的结论可能不正确，为了验证这个结论是否正确，他们应该更换规格（选填“相同”或“不同”）的灯泡再次实验。实验次数123电流表A1的示数/A0.180.2电流表A2的示数/A0.180.2电流表A的示数/A0.360.4（4）本实验要进行多次实验的目的是。【解答】解：（1）根据实物图可知，该电路为并联电路，电流表A2与L2先串联，再并联在L1和电流表A1的两端，见下图：；（2）由电路图知灯泡L1和L2并联，在实验过程中，L2突然熄灭，L1亮度不变，所以电路可能出现的故障是L2断路，若L2短路时，L1也会同时被短路，不会发光；（3）（4）由图丙知电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，所以电流表示数为0.24A；为了寻找普遍规律，应该换用不同规格的器材多次实验；之所以得出：并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，且各支路的电流相等，是因为选两个规格相同的小灯泡，该结论不具有普遍性。故答案为：（1）见解答图；（2）断；（3）0.24；不同；（4）寻找普遍规律。9．（2022•襄阳）小阳同学设计了如图甲所示电路图探究并联电路的电压规律，请你回答下列问题。（1）分别测出小灯泡L1、L2两端的电压及电压，就可以分析并联电路的电压规律；（2）当开关闭合时，电压表出现了如图乙所示情况，其原因是电压表；（3）正确连接电路后，若测得L1两端电压为2.5V，则测L2两端电压是V。【解答】解：（1）实验要探究并联电路的电压规律，应分别测出小灯泡L1、L2两端的电压及电源电压的大小，比较三者的数值大小关系，得出并联电路的电压规律；（2）根据乙图中电压表指针出现反偏情况，说明电压表正负接线柱接反了；（3）因为两灯泡并联接在电路中，故电压表测出L1两端电压的同时也是L2两端的电压，即L2两端电压也是2.5V。故答案为：（1）电源；（2）正负接线柱接反了；（3）2.5。实验六：探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件10．（2022•日照）某校九年级一班物理兴趣小组的同学，学习了磁现象的知识后，深受物理学家奥斯特和法拉第科学探索精神的影响，怀着极大的兴趣对下列实验进行了探究。（1）如图甲，将小磁针放在南北方向的直导线正下方，小磁针静止，N极指向北。如图乙触接电源，小磁针的N极向纸外偏转。断开连接后，小磁针恢复到图甲位置。如图丙，将电源正负极对调，再次触接电源，小磁针的N极向纸内偏转。则：①通电导线周围存在磁场，且磁场的方向与有关。②断开电源后，小磁针恢复到图甲状态，这是因为小磁针受到了的作用。③如图丁所示，高速电子束飞过小磁针上方时，小磁针将发生如图所示方向的偏转，原因是。（2）利用图戊所示的装置，让闭合电路中的一部分导体AB在磁场中运动，观察电流表指针的偏转情况，记录在表中。已知当电流从电流表的左侧接线柱流入时，指针向左偏转；从右侧接线柱流入时，指针向右偏转。实验次数导体棒移动情况电流表指针偏转情况1竖直向上不偏转2竖直向下不偏转3水平向左向右偏转4水平向右向左偏转根据表中记录的实验信息，完成下列问题：④由第1、2两次实验可知，导体棒AB平行于磁感线运动，闭合回路中（填“会”或“不会”）产生感应电流。⑤由第3、4两次实验可知，导体棒AB中感应电流的方向与的方向有关。如果固定导体棒AB，水平向右移动磁铁，电流表的指针向偏转。⑥本实验的设计不完整，不能探究感应电流的方向与磁场方向的关系。为了使探究过程更加完整，应。⑦小明将电流表换成完好的小灯泡，再做第3、4两次实验时小灯泡不亮，最可能的原因是。⑧发电机的原理与本实验的原理一样，己图为发电机的示意图，图中时刻线框水平，箭头为线框旋转的方向，此时ab边中的电流方向（填“由a到b”或“由b到a”）。【解答】解：（1）①根据甲乙丙三图可知：通电导线周围存在磁场，且磁场的