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  4. 探究电流与电压、电阻的关系

同学们在“探究电流与电阻有什么关系”的实验中(1)用笔画线代替导线,将如图所示的实验电路连接完整.(2)在导线连接完成后,闭合开关前,滑动变阻器应.(3)闭合开关后,移动滑片

一、题文

同学们在“探究电流与电阻有什么关系”的实验中
(1)用笔画线代替导线,将如图所示的实验电路连接完整.

(2)在导线连接完成后,闭合开关前,滑动变阻器应              
(3)闭合开关后,移动滑片时,发现电流表没有示数,电压表有明显的示数,则发生故障的原因可能是            
(4)排出故障后,同学们继续进行实验.一位同学在读取完电流表示数后,直接拆下阻值为5Ω的电阻改换成10Ω的电阻.他认为这样操作简单方便.那么:
①请指出他在操作中的错误:           
②若按正确操作方法改接电阻后,电压表示数会   (填“变大”或“变小”).
(5)分析表中数据
 
电压U=2V
次数
1
2
3
电阻R(Ω)
5
10
20
电流I(A)
0.4
0.2
0.1
请你总结电流与电阻的关系:                            
(6)本实验中测量了多组数据,在许多实验中都需要进行多次测量,有的是为了找到普遍规律,有的是为了求平均值减小误差.你认为下列实验中多次测量的目的与本实验相同的是   (填序号).
①测量物体长度,②用伏安法测量定阻电阻的阻值,③探究重力大小与质量的关系.

考点提示:探究电流与电压、电阻的关系

二、答案

(1)电路图如图所示;(2)把滑片置于A端;(3)定值电阻断路;(4)没有断开开关;变大;(5)在电压一定时,电流与电阻成反比;(6)③.

试题分析:(1)把滑动变阻器串联接入电路,电压表并联在电阻两端,电路图如图所示.
(2)闭合开关前,滑片应置于A端,此时滑动变阻器接入电路的阻值最大.
(3)如果定值电阻断路,则电路断路,电流表没有示数,电压表与电源两极相连,电压表有示数,则电路故障是定值电阻断路.
(4)①更换电阻时应断开开关,不断开开关直接更换电阻是错误的;
②用大电阻替换小电阻后,定值电阻阻值变大,定值电阻分压变大,电压表示数变大.
(5)由表中实验数据可知,在电压一定的情况下,电流与电阻的乘积是定值,即电流与电阻成反比.
(6)本实验多次测量的目的是找出普遍规律;①测量物体长度进行多次测量的目的是减小实验误差;
②用伏安法测量定阻电阻的阻值多次测量的目的是减小实验误差;③探究重力大小与质量的关系多次测量的目的是找出普遍规律;
则与该实验多次测量目的相同的是③.
点评:本题考查了连接电路图、实验注意事项、电路故障分析、实验操作分析、分析实验数据、分析多次测量的目的等;连接电路图时要注意滑动变阻器的接法,滑动变阻器要接一上一下两个接线柱;实验进行多次测量目的有:为了找到普遍规律或为了求平均值减小误差

三、考点梳理

知名教师分析,《同学们在“探究电流与电阻有什么关系”的实验中(1)用笔画线代替导线,将如图所示的实验电路连接完整.(2)在导线连接完成后,闭合开关前,滑动变阻器应.(3)闭合开关后,移动滑片》这道题主要考你对 探究电流与电压、电阻的关系 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:探究电流与电压、电阻的关系

考点名称:探究电流与电压、电阻的关系
  • 实验目的及原理:
    探究电流与电压、电阻的关系。
  • 探究电流与电压、电阻的关系:

    实验器材:定值电阻、电流表、电压表、电源、开关、导线、滑动变阻器

    一、探究一:电阻一定,电流与电压的关系
    实验内容与步骤:
    1.(开关断开,变阻器调大最大值)(如图)

    2. 闭合开关调节滑动变阻器,使R两端电压为1V、1.5V、2V,观察电流表的读数,填表。
    实验结果与数据处理:

    分析结论:
    电阻一定,电流与电压成正比。


    二、探究二:电压一定,探究电流与电阻的关系
    实验内容与步骤:
    1.按电路图连接电路(开关断开,变阻器调大最大值)(如图)

    2.保持电压U=2V不变,更换电阻,使电阻分别为10Ω、20Ω、30Ω,观察电流表的读数,填表。

    分析结论:

    电压一定,电流与电阻成反比。
  • 采用控制变量法研究电流与电压、电阻的关系:
       研究电流跟电压、电阻关系的实验分两步:第一步保持电阻不变,通过改变电压,观察电流的变化;第二步保持电压不变,通过改变电阻,观察电流的变化,从而得出了它们之间的关系。这种研究方法称为控制变量法。

    例:某实验小组的同学在探究欧姆定律时,采用丁如图甲所示的电路图,实验中他们选用的定值电阻分别是5Ω、8Ω、10Ω,电源电压是3V,滑动变阻器的阻值范围是0~15Ω。

     (1)他们在探究某一因素变化对电流的影响时,采用控制变量法。实验分两步进行:
    ①保持电阻不变,探究电流与____的关系;
    ②保持电压不变,探究电流与____的关系。
    (2)实验中,电流表的量程应选____A,电压表的量程应选_____V;某次实验中,若电流表的示数是0.3A,电压表的示数是1.5V,请根据你前面选择的量程,在图乙中分别画出两表指针的位置。

     (3)在研究电阻对电流的影响时,把定值电阻由5Ω换成10Ω,闭合开关后,下一步的操作是:调节滑动变阻器的滑片,保持_____不变。 

    解析:影响电路中电流大小的因素有电压和电阻,因此实验采用控制变量的方法。实验分两步进行:一是保持电阻不变,改变电阻两端的电压,测量三次;二是保持电压不变,改变电阻的大小,测量三次。实验器材中电源电压为3V,因此电压表使用0~3V量程即可.所用定值电阻的最小阻值为5Ω,所以电路中最大电流为,电流表的量程选用0~ 0.6A。当电流值为0.3A、电压值为1.5V时,指针均指在表盘的中央刻度。改变定值电阻阻值是为了研究电流与电阻的关系,应控制电压不变,所以改变定值电阻后,应调节变阻器使定值电阻两端的电压与原来电阻两端的电压相同。

    答案(1)①电压②电阻(2)0—0.6(或0.6) 0~3(或3)指针位置如图所示(3)定值电阻两端的电压(或电压表示数)


    如何分析“电流与电压、电阻关系”实验中的电路故障:

        在本探究实验中,常会遇到电表无示数,示数偏低,实验数据或结论错误等问题,这都是电路中发生某种故障所致。如何准确地判断出电路故障的原因并予以解决,是中考中常会考查的内容之一。例在探究“电流与电阻的关系”实验中,
    (1)连接电路时,开关应当____。
    (2)小新将实物连接成如图所示电路,其中有一处连线错误,请你在连接错误的导线上画“×”并改正。
     
    (3)将电路连接正确后,闭合开关,移动滑动变阻器滑片P,使定值电阻R两端电压为2V,电流表示数如图所示,为__A,则尺的阻值为__Ω。


    (4)换上10Ω的电阻后,闭合开关,电压表示数将_____ (选填“变大”或“变小”),此时应将滑片P向______ (选填“A”或“B”)端移动,使电阻两端电压为 __V。
    (5)小芳同学正确连接电路后,闭合开关,移动滑动变阻器滑片,发现电流表无示数,电压表有示数,其原因可能是________。

    解析:(1)连接电路时开关应断开,这样对电路元件起到保护作用。
    (2)电压表应与定值电阻并联,测定值电阻两端的电压,原图中电压表测滑动变阻器和定值电阻两端的总电压。
    (3)由题图可知,电流表示数为0.4A,=5Ω。电流表读数时应先看量程后看指针。
    (4)探究“电流与电阻的关系”时,应控制电压小变。当换上10Ω的电阻后,根据串联电路分压规律知 R两端的电压变大,电压表示数变大,所以应调节滑片向A端移动,使R两端电压保持2V不变。
    (5)定值电阻断路时,电压表与电流表串联在电路中,由于电压表内阻很大,所以电路中电流很小,电流表指针几乎不偏转,电源电压几乎全部加在电压表上,所以电压表示数接近电源电压。

    答案(1)断开(2)如图所示

    (3)0.45  (4)变大  A  2   (5)定值电阻开路(答案科学合理即可)

  • 在探究“电流与电压、电阻关系”实验中滑动变阻器的作用:
    1.滑动变阻器的作用改变电路中的电流大小;改变R两端的电压大小;保护电路,使电路中的电流不至于过高。

    2.判断电路中滑动变阻器的阻值变化时,(1)弄清滑动变阻器的哪部分连入电路(一般是滑片和下边所用接线柱之间的电阻线);(2)看滑动变阻器的滑片移动方向,即远离下接线柱时变大,靠近下接线柱时变小。

    3.注意事项:连接电路时开关应断开,在闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片调到电阻值最大的位置,电压表和电流表应选用合适的量程。

    运用数形结合思想分析电流与电压、电阻的关系:
    在物理学中,经常利用图像表示一个物理量随另一个物理量的变化情况,它可以直观、形象地表示出物理量的变化规律。在探究电流跟电压、电阻的关系的实验中,就应用了图像法;对实验得到的数据进行描点,分别画出电阻不变时电流随电压变化的图像和电压不变时电流随电阻(或电阻的倒数)变化的图像,分析图像,进而可得出电流跟电压、电阻的关系。

    例1某实验小组的同学“探究电流与电压的关系”时,用到如下器材:电源1个,电流表、电压表各1 只,定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω各1只),滑动变阻器1 只,开关1个,导线若干。设计的电路图如图甲所示。

    (1)这个实验中使用了控制变量的方法,其中被控制的变量是__,滑动变阻器R2的作用是__。
    下面是他们获取的一组实验数据

     (2)请在图乙的坐标系中画出电流随电压变化的图像。
    (3)分析表中的数据或图像,你能得出的探究结论:__。

    解析因为电流的大小是由电压和电阻两方面因素共同决定的,所以在探究电流与电压的关系时,必须控制电阻不变。数据处理用的是图像法,先根据数据描点,画出的图像是一条直线,如图所示,则表明在电阻不变的情况下,电流与电压是成正比的。

    答案(1)电阻通过改变阻值来改变电路中的电流,从而改变电阻R,两端的电压(2)如图所示 (3)电阻一定时,通过电阻的电流与加在电阻两端的电压成正比

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