专题09电学实验探究

专题09电学实验探究【解题技巧】初中物理电学学常见实验一、规律探究类电流与电压、电阻的关系(欧姆定律)，串、并联电路的规律例如：电流电压，电阻关系①探究I与R的关系时，改变电阻调节变阻器，保持电压表不变，建立数据分析表格②分析电压表达不到对应电压原因：滑动变阻器阻止太大或太小二、研究物理量影响因素类导体电阻大小的影响因素、电热的影响因素(焦耳定律)三、测量物理量类伏安法测电阻阻值、伏安法测小灯泡电功率例如：伏安法测电阻①调整滑动变阻器记录电流与电压，取电阻平均值（除去错误值，考虑错误原因）②测量未知阻值时，涉及实验方案，Rx=Ux/Ix，根据电路观察能否用已知物理量得出Ux与Ix，如缺少电流表测电阻的问题，要用到数学的推理思维，常以电流处处相等为突破口，利用已知阻值的R0和开关的控制，推导出通过RX中的电流例如：测小灯泡额定功率①考虑灯泡阻值随温度改变，需要在额定电压时测定电流，不能用平均值求功率②若额定电压超过电压表量程，测量串联电路的另一电压③测额定功率的故障分析，超过/未到额定功率的原因④确实电流表测量时，利用已知阻止推导灯泡电流，带入计算四、电路设计(电路图设计，实验方案设计)、误差分析类【例题精析】一．探究串并联电路中的电流特点实验1．实验名称：探究并联电路中电流的关系，电路图如图所示。（1）实验步骤如下：①把两个小灯泡L1和L2并联起来接到电源上，使灯泡发光，在连接时开关应该断开。②小薇先将电流表接在图所示A处，闭合开关后，观察到灯L2发光，但灯L1不发光，电流表的示数为零，电路可能存在的故障是灯L1断路或电流表断路。③排除故障后，用电流表分别测出A、B、C三处电流，读出这三次测量中每次电流表示数，并记入表格中。④在不改变电源及电路连接的基础上，还应当换用不同的灯泡，重做上述实验。这一步多次测量的目的是得出普遍性的结论。⑤下表是某同学设计该实验的记录表格，该表格中存在什么缺陷？电流无单位测量次序A处的电流IAB处的电流IBC处的电流IC10.100.120.2220.200.240.4430.250.300.55分析数据得出结论，并联电路干路中的电流等于各支路电流之和。【解答】解：①在连接电路时，开关应处于断开状态。②闭合开关后，观察到灯L2发光，说明干路和L2支路是通路，因灯L1不发光，电流表的示数为零，说明L1所在支路存在断路，则电路故障是灯L1断路或电流表断路。④在不改变电源及电路连接的基础上，为避免偶然性，得出普遍性的结论，应采用不同规格的灯泡进行多次实验；⑤表格存在的缺陷：电流无单位；C处的电流IC即干路电流，A、B处的电流IA、IB即两个支路电流，分析表中数据可知，并联电路干路中的电流等于各支路电流之和。故答案为：①断开；②灯L1断路或电流表断路；③换用不同规格的灯泡；得出普遍性的结论；⑤电流无单位；各支路电流之和。二．探究串、并联电路中的电压规律实验2．如图甲所示，小明在探究“串联电路的电压特点”时，将两盏标有“2.5V，0.3A”的小灯泡串联起来，接到可调直流电源两端。（1）请用笔画线代替导线，按如图甲所示的电路图连接实物。要求：电压表测量L1的电压，且导线不能交叉。（2）小明在闭合开关后，发现电压表的指针偏转如图丙所示，这是因为选择0～15V的量程；上述问题纠正后，小明正确操作测出了L1的电压。在测L2两端的电压时，为了节省实验时间，小明采用了以下方法：电压表所接的B接点不动，只断开A接点，并改接到C接点上，小明用上面的方法能否测出L2两端的电压？为什么？答：不能，改接后电压表正负接线柱接反。（3）调节直流电源两端的电压，使两灯泡都正常发光（即灯泡两端的电压均为2.5V）。突然，原来正常发光的两盏灯同时熄灭。①发生这种故障的原因是什么呢？指导老师经过分析检查，给出下列两种原因供小明选择，你认为可能的是A。A．一盏灯断路，另一盏灯完好B．一盏灯短路，另一盏灯完好②为了检测故障，指导老师又提供了下列四种器材：A．规格仍为“2.5V，0.3A”的灯泡B．符合要求的电压表C．符合要求的电流表D．一根导线从它们中间每次选择一种器材来检测故障，你认为不适用的有CD（填器材前的字母代号），理由是用它们检测电路故障容易烧坏另一个灯泡。【解答】解：（1）从正极开始连接，经过开关、L2、L1回到负极，电压表并联在L1两端。如图：（2）电压表指针偏转太小，说明选择了大量程，即选择0～15V的量程，应改接小量程；当电压表B点不动，只断开A点，并改接到C点上时，虽然电压表此时与L2并联，但电压表的正负接线柱却是反的，闭合开关后，指针会反向偏转，所以不能测出L2两端的电压；（3）①把两盏灯串联起来接入电路中，若其中一盏灯断路后，另一个灯泡也不发光；若其中一盏灯泡短路后，另一盏灯泡仍然发光，并且更亮，故原来正常发光的两盏灯同时熄灭的原因是其中一盏灯断路，A正确；②A、用“2.5V，0.3A”的灯泡分别替换原来的两盏灯，若替换后另一盏灯能发光，说明被替换的灯泡断路；若替换后另一盏灯不能发光，则说明另一盏灯泡断路了，故该方法能检测电路故障；B、用符合要求的电压表分别并联在两盏灯的两端，若电压表有示数，说明与电压表并联的灯泡断路；若电压表无示数，说明另一盏灯泡断路了，故该方法能检测电路故障；CD、当检查电路故障时，不能断开电路，因此只能把检验器材并联在电路里；电流表和导线的电阻很小，它并联在用电器两端时，会造成该用电器短路，电路中的电流过大而烧坏另一盏灯，即不适用的有CD。故答案为：（1）如图所示；（2）选择0～15V的量程；不能，改接后电压表正负接线柱接反；（3）①A；②CD；用它们检测电路故障容易烧坏另一个灯泡。三．影响电阻大小的因素3．学习了电学知识后，小明对影响电阻大小的部分因素进行了进一步的探究，器材有：开关、电流表、电源（电压恒为1.5V）各一个，三根完全相同的合金丝，导线若干。实验电路如图1所示，将合金丝以不同方式分别接入电路A、B之间，闭合开关S后，记录的数据如下表。根据实验数据，回答下列问题：连接方式一根两根串联三根串联两根并联三根并联电流表读数/A0.30.21.21.8（1）本实验是通过比较电流的大小来比较导体电阻的大小；（2）图2是一根合金丝接入电路时电流表的读数，是0.6A；（3）其他条件相同时，导体长度越长，横截面积越小，导体的电阻越大；（4）此实验还可以得出导体中通过的电流与导体电阻的关系是：在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；（5）用上述合金材料制成长度1m，横截面积1mm2的电阻丝的阻值为1Ω．实验中所用合金丝的横截面积为0.5mm2，则一根合金丝的电阻为2.5Ω，长度为1.25m。【解答】解：（1）在电压相同时，电阻越大，电流越小。因此，可以通过电流的大小（电流表的示数）来反映电阻的大小，这种研究问题的方法叫做转换法；（2）图2中电流表的量程为0～3A，分度值为0.1A，示数为0.6A；（3）导体的电阻由导体的材料、长度、横截面积决定；其他条件相同时，导体越长、横截面积越小，电阻越大；（4）由实验数据可知，导体两端的电压不变，导体的电阻增大到原来的几倍，电流减小到原来的几分之一，故可得出结论：在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；（5）一根合金丝接入电路时电流表的读数为0.6A，电源电压恒为1.5V，由欧姆定律可知，一根合金丝的导体电阻为R=UI=因为在材料相同时，导体的电阻跟长度成正比，跟横截面积成反比，所以，对于相同合金材料制成的电阻丝，其电阻值可记为R=LS×1Ω•mm代入上面关系式可得：2.5Ω=L0.5mm2×1Ω解得L＝1.25m。故答案为：（1）电流的大小；（2）0.6；（3）长；小；（4）在电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；（5）2.5；1.25。四．欧姆定律的应用4．电加热眼罩对缓解眼疲劳有一定效果。小明查阅一款市场上的电加热眼罩使用说明书，其相关参数如表。型号***额定充电电压4.8V充电电流500mA（1）据表，该电加热眼罩充电时的内部总电阻是9.6Ω。（2）图甲是小明设计的可以手动调节加热的电热眼罩原理图。若要将该电路改装成R1和R2的并联电路，则小明该如何操作？闭合S1、S2，S3接b。（3）小明还想设计一个开关外观如图乙所示的电热眼罩，可通过“手动金属旋转滑片”连续微调加热，其电路设计要求：①电阻忽略不计的金属旋转滑片OP能起到开关通断的作用，不能出现短路；②滑片OP顺时针旋转时电流表的示数增大（即升温）。下列符合以上设计要求的电路是C。A.B.C.D.【解答】解：（1）根据欧姆定律此时电阻为R=UI=（2）要使两电阻并联应该闭合S1、S2，再将S3接b；（3）A、当滑片到达B点时电源短路，不合题意。故A错误；B、滑片顺时针转动时，电阻增大，根据I=UR此时总电流减小，所以是降温，不合题意，故C、滑片顺时针转动时，电阻减小，根据I=UR此时总电流增大，所以是升温，且不会短路，故D、当滑片在关闭档时，此时电路中仍然有电流，不合题意，故D错误。故答案为：（1）9.6Ω；（2）S1、S2，S3接b；（3）C。5．据史料记载，欧姆曾用如图电路来研究电流的影响因素。该电路的温差电源中，铜与铋的两个接触面分别放在冰水混合物和沸水中，AB两端存在电压，其电压大小由温度差决定。欧姆将粗细均匀的铁丝两端插入水银中，接通电路。当电路中有电流通过时，小磁针会发生偏转，转动金属丝上端手柄，扭转金属丝，使小磁针回到原位置，记录手柄转过角度。他用粗细相同、长度不同的铁丝多次重复上述实验，部分数据如表。已知手柄转过角度与电流大小成正比，粗细相同的铁丝电阻阻值与其长度成正比。实验组别1234铁丝长度（英寸）24610手柄转过角度（度）305281.5259224（1）在实验中始终保持“温差电源”的温度差不变的目的是保持温差电源电压不变。（2）小明查阅资料发现：除铁丝外，欧姆还考虑了电路中水银、铜丝等导体的电阻R′，才得出正确的电流与电阻关系，结合表中数据，判断R′的阻值大约相当于本实验中多少长度铁丝的阻值？D。A.5英寸B.10英寸C.15英寸D.20英寸（3）欧姆用粗细相同的金丝、铅丝代替铁丝重复上述实验，发现当手柄转过角度相同时，金丝的长度比铅丝长，据此推测，若金丝和铅丝的长度与粗细都相同，哪一金属丝阻值更大？简要说明理由铅丝的阻值更大；实验中长金丝和短铅丝的阻值相同，又因为横截面积相同的同种导体的长度越长，其阻值越大，则当金丝和铅丝的长度与粗细都相同，铅丝的阻值更大。【解答】解：（1）保持“温差电源”的温度差不变的目的是保持温差电源电压不变，研究电阻怎样影响电流的大小；（2）我们可以将电路等效为电阻R和R′串联后接入电源，当电源电压保持不变时，电路中电流与总电阻即R+R′成反比；因为手柄转过角度与电流大小成正比，同种材料的电阻与长度成正比，故手柄转过角度与l+l′成反比，由此可得：2+l'4+l'解得：l′＝21.96，故答案选D；（3）用粗细相同的金丝、铅丝代替铁丝重复上述实验，发现当手柄转过角度相同时，金丝的长度比铅丝长；由题意可知，手柄转过角度与电流大小成正比，而此时手柄转过角度相同，则电路中电流相同，且电源电压不变、其他部分的电阻不变，由欧姆定律和电阻的串联可知，长金丝和短铅丝的阻值相同；又因为横截面积相同的同种导体的长度越长，其阻值越大，则当金丝和铅丝的长度与粗细都相同，金丝的阻值小，铅丝的阻值更大。故答案为：（1）保持温差电源电压不变；（2）D；（3）铅丝的阻值更大；实验中长金丝和短铅丝的阻值相同，又因为横截面积相同的同种导体的长度越长，其阻值越大，则当金丝和铅丝的长度与粗细都相同，铅丝的阻值更大。五．探究电流与电压、电阻的关系实验6．用图甲所示的电路探究通过导体的电流与电阻的关系。器材有：电压为3V的电源、开关、滑动变阻器（20Ω2A）、电阻箱（0～9999Ω）、电压表、电流表各一个，导线若干，器材均完好。（1）闭合开关前，应先将滑动变阻器的滑片P移到B（选填“A”或“B”）端。（2）闭合开关后，电压表示数为零，经检查电路连接并无故障，原因是电阻箱接入电路的电阻为零。（3）调节电阻箱的阻值为12Ω，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P至某一位置，电流表示数如图乙所示。改变电阻箱接入电路的电阻R，调节滑动变阻器，保持电压表示数不变，读出电流表示数I，多次实验的结果如下表所示。实验序号12345电阻箱阻值R/Ω1210864电流表示数I/A0.240.30.40.6①图乙中电流表示数为0.2A。②图丙是以电流表示数I为纵坐标、电阻箱阻值的倒数1R为横坐标建立的平面直角坐标系，请根据表格中的数据，在坐标系中描点，画出I-③实验序号中，第1、2、3、4、5次实验时，滑动变阻器接入R1'、R2'、R3'、R4'、R5'，则D。A.R1'＝5R3'B.R1'＜R4'+R5'C.R1'﹣R2'＞R3'﹣R4'D.R【解答】解：（1）为了保护电路，闭合开关前，应先将滑动变阻器的滑片P移到最大阻值处的B端；（2）闭合开关后，电压表示数为零，经检查电路连接并无故障，说明电路不存在短路或断路现象，原因是电压表并联部分的电阻为零造成的，即电阻箱接入电路的电阻为零；（3）①由图乙可知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.2A；②由表格数据可知，通过电阻箱的电流为0.2A、0.24A、0.3A、0.4A、0.6A，对应电阻箱阻值的倒数1R依次为0.083Ω﹣1、0.1Ω﹣1、0.125Ω﹣1、0.167Ω﹣1、0.25Ω﹣1则I-1R③探究通过导体的电流与电阻的关系时，应控制电压不变，由表格数据可知，电阻箱两端的电压为2.4V不变，由串联电路中总电压等于各分电压之和可得，滑动变阻器两端的电压U滑＝U﹣U电阻箱＝3V﹣2.4V＝0.6V，由I=UR的变形式R=UI可得，第1、2、3、4、5次实验时，滑动变阻器接入阻值依次为R1'＝3Ω、R2'＝2.5Ω、R3'＝2Ω、R4'＝1.5Ω、R5'则A．由R1'＝3Ω和5R3'＝5×2Ω＝10Ω可知，R1'≠5R3'，故A错误；B．由R1'＝3Ω和R4'+R5'＝1.5Ω+1Ω＝2.5Ω可知，R1'＞R4'+R5'，故B错误；C．由R1'﹣R2'＝3Ω﹣2.5Ω＝0.5Ω和R3'﹣R4'＝2Ω﹣1.5Ω＝0.5Ω可知，R1'﹣R2'＝R3'﹣R4'，故C错误；D．由R1'R4'=3Ω1.5Ω=故选：D。故答案为：（1）B；（2）电阻箱接入电路的电阻为零；（3）①0.2；②如上图所示；③D。六．伏安法测电阻的探究实验7．某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻也会发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻发生变化的现象称为“压阻效应”。现用如图所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应，实验室中有下列符合要求的器材：A.电源（3V）B.电流表A1和A2（量程均为0～0.6A，分度值均为0.02A，内阻1Ω，表示为r1＝r2＝1Ω）C.开关SD.保护电阻R（阻值未知）E.定值电阻R0（阻值已知）（1）为了测量电阻Rx的阻值，请在图甲中虚线框内补全电路图。（2）在电阻Rx上加一个竖直向下的力F，闭合开关S，记下电流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2，则：Rx＝I2r（3）如表记录了在施加不同压力F时所测得的Rx：F/N01234Rx/Ω108642请根据表中数据在图乙中用描点法绘制出Rx与F的关系图像，写出Rx与F的关系式为Rx＝10Ω﹣2FΩ/N。（4）为了保证实验中电路安全，保护电阻R的阻值应该选用C。A.1ΩB.2ΩC.4ΩD.5Ω（5）平时我们忽略了电流表自身也有一定阻值这个事实，其实电流表相当于一个能显示流过自身电流的定值电阻，若考虑电流表A2自身电阻对实验的影响，上述操作所测得Rx的值比真实值无影响（偏大/偏小/无影响）。【解答】解：（1）由于题目中没有电压表，为了比较准确测量电阻Rx，知道电流表A2的阻值，所以用电流表A2作为电压表使用，电流表A1在干路上，即可求出电阻Rx的阻值。电路图的设计：（2）电流表A2的内阻用r2表示，并联电路各支路两端电压相等，并联电路干路电流等于各支路电流之和，由欧姆定律得：I2r2＝（I1﹣I2）Rx，Rx=I（3）描点画出图线，如下图：由图象可知，电阻与压力是一次函数关系，设为Rx＝R0+kF，由图象可知：R0＝10Ω，把Rx＝8Ω，F＝1N代入关系式解得：k＝﹣2Ω/N，则关系式为：Rx＝10Ω﹣2FΩ/N；（4）电路最小总电阻为：R最小=UImax则保护电阻阻值约为：R0＝R最小﹣r＝5Ω﹣1Ω＝4Ω，故选C。（5）测电阻阻值需要测出电阻两端电压与通过电阻的电流，所给实验器材没有电压表，可以用已知内阻的电流表A2与待测电阻并联，测出电阻两端电压，另一个电流表A1串联在电路中测电路电流，所以考虑电流表A2自身电阻，对实验的没有影响。故答案为：（1）如上图所示；（2）I2r2I1-I2；（3）见上图；10Ω﹣2FΩ8．在测量未知电阻Rx（阻值约为180Ω）的实验中，提供的实验器材有：电源（电压3V）、滑动变阻器R（0～50Ω）、电阻箱R0（0～9999Ω）、电流表（0～0.6A）、电压表（0～3V）、开关及导线若干。（1）小虎同学设计了图甲所示的电路，他不能（能/不能）较准确的测出Rx的阻值，理由是电路中的电流小于电流表的分度值。（2）小明同学设计了图乙所示的电路进行测量。（图丙是小明根据图乙连接的实物图）①在图丙中画出正确的导线连接。②正确连接电路后，小明先将开关S拨至“1”，调节变阻器的滑片至某一位置，此时电压表的示数为U1。③再将开关S拨至“2”，当电阻箱的阻值调至R0＝175Ω时，电压表示数恰为U1，则待测电阻的阻值Rx＝175Ω。④实验中，若将开关拨至“2”时，不小心将滑动变阻器的滑片向左移动了少许，其它操作正确，则Rx的测量值小于（选填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。【解答】解：（1）如甲图定值电阻Rx和滑动变阻器串联在电路中，如果滑动变阻器的阻值为零时，Rx阻值约为180Ω，电源电压是3V，根据欧姆定律得，电路中的电流I=UR=3V180Ω≈0.017A，如果滑动变阻器阻值不为零，电路中电流会更小，电流表的量程是0～0.6A（2）①电压表与滑动变阻器并联，电压表选择0～3V量程，把滑动变阻器和开关的单刀S相连，实物图连接如图。②小明先将开关S拨至“1”，定值电阻Rx和滑动变阻器串联在电路中，电压表测量滑动变阻器两端的电压，调节变阻器的滑片至某一位置，滑动变阻器两端的电压为U1。③再将开关S拨至“2”，电阻箱R0和滑动变阻器串联在电路中，电压表测量滑动变阻器两端的电压，保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱的阻值，当电阻箱的阻值调至R0＝175Ω时，电压表示数恰为U1，此时电阻箱等效于定值电阻Rx，故则待测电阻的阻值Rx＝175Ω。④若将开关拨至“2”时，不小心将滑动变阻器的滑片向左移动了少许，滑动变阻器接入电路的阻值变小，根据串联电路中各电阻两端的电压之比等于各电阻的阻值之比，则滑动变阻器两端的电压减小，要使电压表示数不变，就需要减小电阻箱的阻值，故则Rx的测量值小于真实值。故答案为：（1）不能；电路中的电流小于电流表的分度值；（2）①如上图；③175；④小于。9．小明在“伏安法”测小灯泡的电阻实验中，连接了如图甲所示的实物图。（1）闭合开关前，应向A端（A/B）调整滑动变阻器的滑片，使电路中的电流在开始测量时最小。（2）闭合开关S后，发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数，接下来首先应该操作的是C。A．检查电路是否断路B．检查电路是否短路C．移动滑动变阻器的滑片P，观察小灯泡是否发光（3）测量过程中，某一次的电流值如图乙所示，则电流值是0.26A。实验中若灯丝某时刻突然烧断，则电压表的示数变大（变大/变小/不变）。换相同规格的灯泡，重新实验，并绘出I﹣U图象如图丙的A所示，是一条曲线，而不是一条直线，是因为灯丝的电阻随温度的升高而增大。（4）另外一组同学用相同的器材和电路图也做这实验时，由于接线错误，根据测量的数据绘出的I﹣U图象如图丙的B所示。你认为错误的原因可能是电压表并在滑动变阻器的两端。（5）小明同时利用器材测出定值电阻与小灯泡的阻值并绘制出I﹣U图象，如图丁中a、b所示，试分析图象中A、B、C三电阻RA、RB、RC由大到小关系为RB＞RC＞RA。【解答】解：（1）为了保护电路元件，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应调至最大电阻处，使电路中的电流在开始测量时最小，应向A端调整滑动变阻器的滑片；（2）发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数，出现此现象的原因可能是小灯泡两端的电压和通过的电流过小，故接下来首先应该操作的是移动滑动变阻器的滑片P，观察小灯泡是否发光；故选：C；（3）如图乙所示，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，电流表示数为0.26A，灯丝突然烧断，灯泡处断路，此时电压表测量的是电源电压，故电压表的示数变大；换相同规格的灯泡，重新实验，并绘出I﹣U图象如图丙的A所示，是一条曲线，而不是一条直线，是因为灯泡的电阻受温度的影响，随温度的升高而变大；（4）丙图中的B图像随着电流的增大电压减小，正好与A图像相反，因滑动变阻器和灯泡串联在电路中，由串联电路电压和规律则有：U滑＝U﹣UL，当灯泡电压增大时，滑动变阻器电压减小，故B图像符合滑动变阻器两端电压的变化规律，因此电压表接在了滑动变阻器的两端。（5）a图象是正比例图线，所以B点电阻与a、b相交处电阻相等，由图线b可知，灯泡电阻随电压的增大而增大，所以R交点＞RC＞RA，即：RB＞RC＞RA。故答案为：（1）A；（2）C；（3）0.26；变大；灯丝的电阻随温度的升高而增大；（4）电压表并在滑动变阻器的两端；（5）RB＞RC＞RA。七．电功率的测量实验10．小华做“测量小灯泡电功率”实验，有如下器材：电源（电压恒为6V）、小灯泡L1（额定电压为2.5V）、电流表、电压表、开关各一个、规格分别为R1“10Ω，1A”和R2“50Ω，5A”的滑动变阻器各一个、导线若干。（1）请用笔画线代替导线将图甲所示的实物电路连接完整。（要求：滑动变阻器的滑片向右移动时灯泡变暗）（2）电路正确连接闭合开关后，发现仅有一只电表指针明显偏转，造成该现象的原因可能是C；A.滑动变阻器断路B.滑动变阻器短路C.灯泡断路D.开关短路（3）闭合开关后，移动滑动变阻器滑片在不同位置，小灯泡U﹣I图象如图乙所示，影响灯泡电阻变化的主要原因是灯泡电阻受温度影响很大，小灯泡的额定功率为0.625W，她应选用规格为R2_的滑动变阻器（选填“R1”或“R2”）；（4）滑动变阻器采用粗细均匀的电阻丝绕成线圈制成，其接入电阻与线圈长度成正比。若电压表示数在0.5V～1.5V之间变化时，滑动变阻器滑片移动的距离恰好为5cm。当小灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的电阻丝的长度为2.1cm（结果保留一位小数）；（5）实验结束后，为测量另一额定电压为Um的小灯泡额定功率，同组的小明设计了丙图的电路，已知他使用的电源电压恒为U，定值电阻的阻值为R0，将以下实验步骤补充完整：①检查电路无误后，闭合开关S，将开关S1拨至“1”，调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为U﹣Um。②滑片不动，再将开关S1拨至“2”时，读出电压表示数为U0。③小灯泡的额定功率：P＝Um•U0R【解答】解：（1）由乙图可知电流表选择0～0.6A的量程接入电路，电流表与滑动变阻器、灯泡串联，滑动变阻器选择一上一下两个接线柱接入电路，要求滑动变阻器的滑片向右移动时灯泡变暗，即滑动变阻器的滑片向右移动时接入电路的电阻变大，所以选择左下接线柱，如图：；（2）A、若滑动变阻器断路则电路不通，电压表和电流表均无示数，故A不合题意；B、若滑动变阻器电路，电路为灯泡的简单电路，电压表和电流表均有较大示数，故B不合题意；C、若灯泡断路，此时电压表串联接入电路，电压表测电源电压，电压表有较大示数，电流表示数几乎为0，故C符合题意；D、若灯泡断路，电路为滑动变阻器的简单电路，滑动变阻器此时接入电路的为最大阻值，由欧姆定律可知此时电流表示数较小，电压表与导线并联，所以电压表示数为0，故D不合题意。故选：C。（3）影响灯泡电阻变化的主要原因是灯泡电阻受温度影响很大；由乙图可知，当灯泡两端的电压等于额定电压2.5V时，通过灯泡的电流为0.25A，灯泡的额定功率：P＝ULIL＝2.5V×0.25A＝0.625W；闭合开关，灯泡和滑动变阻器串联接入电路，串联电路总电压等于各分电压之和，灯泡正常发光时灯泡两端的电压为2.5V，滑动变阻器两端的电压为：UH＝U﹣UL＝6V﹣2.5V＝3.5V，串联电路各处电流相等，滑动变阻器接入电路的阻值：RH=UHIL=3.5V0.25A=14（4）当灯泡两端的电压为0.5V时，滑动变阻器两端的电压：UH1＝U﹣UL1＝6V﹣0.5V＝5.5V，由乙图可知灯泡两端的电压为0.5V时。通过灯泡的电流为0.1A，串联电路各处电流相等，由欧姆定律可得此时滑动变阻器接入电路的电阻：RH1=UH1I当灯泡两端的电压为1.5V时，滑动变阻器两端的电压：UH2＝U﹣UL2＝6V﹣1.5V＝4.5V，由乙图可知灯泡两端的电压为1.5V时。通过灯泡的电流为0.25A，此时滑动变阻器接入电路的电阻：RH2=UH2I则△RH＝RH1﹣RH2＝55Ω﹣22.5＝32.5Ω，该过程中滑动变阻器滑片移动的距离恰好为5cm，则1cm的电阻丝的阻值为：32.5Ω5cm=6.5Ω灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值为14Ω，则电阻丝接入电路的长度为：14Ω6.5Ω/cm≈（5）要测量小灯泡的额定功率，需使小灯泡两端的电压等于其额定电压Um：①闭合开关S，将开关S1拨至“1”，小灯泡、R0和滑动变阻器串联，电压表测R0和滑动变阻器两端的总电压，调节滑动变阻器的滑片，当灯泡正常发光时，电压表的示数：U﹣Um；②滑片不动，再将开关S1拨至“2”，电压表测R0两端的电压U0，此时电路中的电流即为小灯泡的额定电流：I额=U③则小灯泡的额定功率：P额＝UmI额＝Um•U0故答案为：（1）如上图；（2）C；（3）灯泡电阻受温度影响很大；0.625；R2；（4）2.1；（5）U﹣Um；Um•U011．在“测小灯泡电功率实验”中，电源电压为3V，小灯泡额定电压为2.5V。（1）小明连接了如图甲所示的电路图，小芳认为该电路连接有错误，请你在接错的那根导线上打“×”，并另画一根导线，使电路连接正确。（2）正确连接电路后，闭合开关，发现灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数，则故障可能原因是灯泡短路。（3）故障排除后，闭合开关，移动滑片，当电压表示数为1.5V时，电流表示数如图乙所示，则此时小灯泡的功率为0.48W。若使小灯泡正常发光，应将滑片向左（选填“左”或“右”）端移动。（4）完成上述实验后，小明又重新设计了如图丙所示电路，测量另一个额定电压为U额的小灯泡的额定功率，定值电阻阻值为R0，请根据以下实验步骤写出小灯泡的额定功率表达式。①闭合开关S和S1，调节滑动变阻器，当电流表的示数为U额R②断开所有开关后，再闭合开关S和S2，读出此时电流表的示数为I；③算出小灯泡的额定功率P额＝U额×（I-U额R0）。（用I、U额【解答】解：（1）原电路中，电压表串联在电路中，变阻器与电流表串联后再与灯并联是错误的，电路中的电流为0，故灯不发光，电压表应与灯并联，变阻器与电流表和灯串联，如下所示：（2）电流表有示数，则电路是通路，而灯泡不亮，电压表无示数，说明灯泡短路；（3）由图乙知，电流表的量程是0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.32A，则灯泡的额定功率P额＝U额I额＝1.5V×0.32A＝0.48W；若使小灯泡正常发光，应该使灯泡两端的电压增大到2.5v，则电路中的电流也要相应地增大，此时滑动变阻器接入的电阻应减小，因此滑片应向左端移动；（4）①闭合开关S、S1，断开S2，调节滑动变阻器，使电流表示数为U额②闭合开关S、S2，断开S1，保持滑动变阻器滑片位置不变，读出此时电流表的示数为I。③因电路的连接关系没有改变，各电阻的大小和通过的电流不变，灯仍正常发光，根据并联电路电流的规律，灯的额定电流为：I额＝I-U额R0，灯的额定功率的表达式：P额＝U额故答案为：（1）如上图所示；（2）灯泡短路；（3）0.48；左；（4）①U额R0；②S2；③U额×（12．小华同学利用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率。实验中电源电压保持不变，小灯泡的额定电压是2.5V。（1）请在图甲中用笔画线代替导线，完成剩余部分的电路连接（要求：滑片向左移动时，小灯泡变亮）；（2）正确连接电路后，用开关进行试触，发现电流表指针不偏转，而电压表指针明显偏转，则故障原因可能是C；A.电流表断路B.滑动变阻器断路C.小灯泡断路D.小灯泡短路（3）排除故障后，按正确的步骤进行实验，小灯泡正常发光时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是0.75W，此时小灯泡的电阻是8.33Ω（结果保留两位小数）；（4）由于电压表损坏，小华又设计了如图丙所示的电路，测出了另一小灯泡的额定功率。已知该小灯泡的额定电流为I0，滑动变阻器的最大阻值均为R0。请将以下实验步骤补充完整：①只闭合开关S、S1，移动滑动变阻器R1的滑片，使电流表示数为I0；②接着断开开关S1，闭合开关S2，调节滑动变阻器R2的滑片使电流表示数为I0；③再将R1的滑片调至最上端，记下电流表的示数I1；将R1的滑片调至最下端，记下电流表的示数I2；④写出小灯泡额定功率的表达式：P＝I额2I2R0I1-I2（用R【解答】（1）根据滑片向左移动时，小灯泡变亮，则应让滑动变阻器接入电路中的电阻变小，故变阻器左下接线柱连入电路中与灯串联，如下图所示：（2）电流表指针不偏转，说明电路是断路，电压表指针明显偏转，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的电路出现了断路，即小灯泡断路，故选C；（3）小灯泡正常发光时，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，读出电流为0.3A，则小灯泡的额定功率为：P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W；此时小灯泡的电阻为：R=UI=（4）①只闭合开关S和S1，此时变阻器R1与灯泡串联，移动滑动变阻器R1的滑片，使电流表示数为I0，此时灯泡正常发光；②接着断开开关S1，闭合开关S2，此时两个滑动变阻器串联，保持滑动变阻器R1滑片位置不变，调节滑动变阻器R2的滑片，使电流表示数为I0；根据等效替代法，则此时R2的电阻等于灯泡正常发光时的电阻；③再将R1的滑片调至最上端，记下电流表的示数I1；将R1的滑片调至最下端，记下电流表的示数I2；根据滑片在最上端和最下端电源电压相等，由串联电阻的规律和欧姆定律可得：I1R2＝I2（R0+R2），R2的电阻为：R2=I④该灯泡额定功率的表达式：P＝I额2RL＝I额2R2=I故答案为：（1）见上图；（2）C；（3）0.75；8.33；（4）①I0；②滑动变阻器R2；④I额13．同学们在测量一批额定电压为2.5V的小灯泡的电功率和几只未知电阻阻值。（1）小明按照电路图甲正确连接电路测量灯泡L1的额定电功率。①闭合开关前，为保证电路安全将滑片P调到了最右端，请帮他将电路补充完整；②闭合开关后，发现灯泡不亮，电压表有示数而电流表无示数，经检查发现某导线断路了，他更换了b导线（选填“a、b、c、d、e”）后，电路恢复正常。③排除故障后，再闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图乙所示，则该小灯泡的额定功率为0.75W。（2）小华也连接了图甲的电路测量灯泡L1的额定电功率，根据测得的实验数据画出小灯泡电压在1.5～2.5V之间的I﹣U图象如图丙所示（AB近似看作直线），由图象可知：小灯泡电压为1.5V时的电阻小于（选填“大于”、“小于”或“等于”）小灯泡电压为2.5V时的电阻，灯泡L1的额定功率是0.725W．若小灯泡电压为1.5V，2.0V，2.5V时小灯泡的功率分别为P1、P2、P3，则P2＜12（P1+P3（3）小刚打算测量某未知电阻Rx（约1kΩ）的阻值，器材有：几节旧干电池组成的电池组（电压约10V），滑动变阻器R（100Ω2A），电流表（仅0～0.6A量程可用），电压表（仅0～3V量程可用），开关3只，导线若干，请你帮他设计方案（要求：1、画出电路图；2、写出测量步骤与电阻Rx的表达式；3、电路只允许连接一次）实验步骤：①断开开关S1，闭合开关S2、S3，滑动变阻器滑片移到最大阻值处，读出电流表的示数I；②断开开关S2，闭合开关S1、S3，读出电压表的示数U。待测电阻Rx表达式：Rx=(I×100Ω-U)U×100【解答】解：（1）①闭合开关前，为保证电路安全将滑片P调到了最右端，即变阻器连入电路的电阻最大，则应将变阻器的左下接线柱接入电路中，如下左图所示：②闭合开关后，发现灯泡不亮，而电流表无示数，经检查发现某导线断路了；电压表有示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的部分断路了，所以由图可知他应更换b导线，可使电路恢复正常。③当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图乙，图乙中电流表选用0～0.6A量程，分度值是0.02A，此时的电流I＝0.3A，小灯泡的额定功率：P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W。（2）小灯泡L1的额定电压为2.5V，由图象丙知，灯泡电压为2.5V时的电流为0.29A，所以测得灯泡L1的额定功率：P′＝UI′＝2.5V×0.29A＝0.725W；由图象知，灯泡两端电压由1.5V增大到2.5V时，电压变化比电流变化快，由此可知灯泡电阻随电压增大而增大，所以小灯泡电压为1.5V时的电阻小于2.5V时的电阻；由图象知，灯泡电压1.5V﹣2.5V变化过程中，电流变化是均匀的，若电压从1.5V增大到2.0V时电流增大△I，则电压从2.0V增大到2.5V时电流变化也为△I，由P＝UI有：P2＝U2I＝2V×I，P1＝U1I1＝1.5V×（I﹣△I）P3＝U3I3＝2.5V×（I+△I）则：P1+P32=1.5V×(I-△I)+2.5V×(I+△I)2所以P2＜P（3）根据分析，设计电路图如上右图所示：实验步骤：①断开开关S1，闭合开关S2、S3，滑动变阻器滑片移到最大阻值处，读出电流表的示数I；②断开S2，闭合开关S1、S3，读出电压表的示数U；在①中，为变阻器最大电阻的简单电路，由欧姆定律可得电源电压U总＝IR＝I×100Ω，在②中，待测电阻Rx与变阻器的最大电阻串联，电压表测变阻器的电压U，由分压原理可得：I×100Ω-UU则待测电阻：Rx=(I×100Ω-U)U×故答案为：（1）①如上左图所示；②b；③0.75；（2）小于；0.725；＜；（3）如上右图所示；①断开开关S1，闭合开关S2、S3，滑动变阻器滑片移到最大阻值处，读出电流表的示数I；②断开开关S2，闭合开关S1、S3，读出电压表的示数U。Rx=(I×100Ω-U)U×八．焦耳定律14．如图所示，甲、乙完全相同的玻璃瓶内有阻值分别为R甲、R乙的电阻丝，瓶中插入温度计a、b。（1）利用此装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，在两瓶中加入质量、初温均相同的煤油。闭合开关一段时间，可以通过观察温度计示数升高的多少情况，判断电阻丝产生热量的多少。此方案是探究电流和时间相同时，电流通过电阻产生的热量与电阻大小的关系。（2）在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值R甲等于R