资源描述
专题(四) 伏安法实验
能力点1:重视对基础知识和基本技能的考查
源于教材,挖掘教材;基础中见灵活,变化中考能力。
(1)通过对学生熟悉的现象、事物创设问题情景——考查学生对基础概念的理解和应用;
(2)物理内涵丰富,灵活性高、综合性强——着重考查学生物理能力。
能力点2:会测量、估测、使用、选用、连接,重视实验设计和操作,突出探究过程技能和综合分析,主要考查:设计
电路、实验过程、分析结果、表达式、结论等。
重点实验:
(1)探究串、并联电路的特点;(2)探究I与U、R的关系(欧姆定律);
(3)探究影响电阻大小因素、测电阻大小;(4)测小灯泡的额定功率(特殊测量);
(5)探究电热影响因素(焦耳定律);(6)探究电磁铁的磁性大小。
类型一 探究电流与电压、电阻的关系
1.[2019·荆州]小阳利用如图ZT4-1甲所示的电路探究电流与电阻的关系。已知电源电压为4.5 V且保持不变,实验用到的定值电阻阻值分别为25 Ω、20 Ω、15 Ω、10 Ω、5 Ω,滑动变阻器的规格为0~50 Ω。
图ZT4-1
(1)如图乙所示的实物电路中存在连线错误,而且只要改接一根导线就可以了,请你在接错的那根导线上打“×”,再用笔画线把它改到正确位置上。(导线不允许交叉)
(2)电路改正以后,闭合开关前应将滑动变阻器的滑片调至最 (选填“左”或“右”)端。
(3)连接好电路后,如果将电流表和电压表在电路中的位置交换,则闭合开关后,会发现两表中只有 (选填“电流”或“电压”)表有示数。
(4)为了能用所有的定值电阻正确完成五次实验,应利用滑动变阻器控制定值电阻两端的电压至少保持 V不变。
(5)实验中将5 Ω的定值电阻更换为10 Ω的定值电阻后,闭合开关,应将滑动变阻器滑片向 (选填“左”或“右”)适当移动,使电压表示数恢复到原来的值。
(6)小阳同学每次随机选取一个定值电阻,进行了五次实验,根据所得数据画出了如图丙所示的电流与电阻关系的图像,且实验中各电路元件完好,读数、记录均正确。但老师发现五次实验中有一次未移动滑动变阻器滑片控制电压表示数一定,根据图丙中的数据分析,阻值为 Ω的定值电阻连入电路时未移动滑片,这次实验之前的那一次实验,小阳选取的是阻值为 Ω的定值电阻。
类型二 测量定值电阻或小灯泡的阻值
2.[2019·南充]如图ZT4-2所示是“测量小灯泡电阻”的实验装置,电源电压恒为6 V,小灯泡的额定电压为3.8 V。
图ZT4-2
(1)检查无误后,闭合开关,滑动变阻器的滑片向左移动,请写出电流表、电压表的示数变化情况:_____________
。
(2)移动滑片获得了如下表所示的实验数据。
实验次数
发光情况
电压表示数/V
电流表示数/A
灯丝电阻
1
刚发光
1.5
0.20
2
暗
2.5
0.30
8.3
3
亮
3.8
0.42
9.0
请计算出第1次实验时灯丝的电阻R1= Ω。
(3)分析数据及实验现象可知:灯越亮,灯丝电阻越大,说明灯丝的电阻与 有关。
(4)现电压表0~15 V量程损坏,而0~3 V量程完好,在不增减器材的情况下,请设计测量小灯泡额定功率的实验,写出必要的调整步骤: 。
3.[2019·山西百校联考四]小明利用如图ZT4-3甲所示的电路测量未知电阻Rx的阻值,其阻值约为5 Ω。
图ZT4-3
(1)请你根据图甲电路,用笔画线代替导线,在图乙中完成实物电路的连接。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于最 (选填“左”或“右”)端。
(3)闭合开关,发现电压表和电流表均无示数。小明利用另一只完好的电压表进行检测,把电压表分别接在a、b之间和b、c之间,电压表均有示数;接在a、c之间,电压表无示数。如果电路连接完好,且只有一个元件有故障,该故障是 。
(4)排除故障后,调节滑动变阻器滑片,记录多组数据,画出了待测电阻Rx的I-U图像,如图丙所示。由图可得Rx=
Ω。
(5)小明又设计了一种方案,也能测出Rx的阻值。电路图如图丁所示,R0为阻值已知的定值电阻,电源电压未知且恒定不变。测量步骤如下:
①当开关 时,电流表示数为I1;
②当开关S1、S2都闭合时,电流表示数为I2;
③待测电阻Rx= 。(用已知的和测出的物理量符号表示)
4.[2018·孝义一模] 小梦、小明两位同学做“用电流表、电压表测定值电阻阻值”的实验,两位同学所用器材完全相同,电源电压为4.5 V,待测电阻的阻值约为10 Ω,滑动变阻器标有“20 Ω 1.5 A”字样。
(1)用笔画线代替导线将如图ZT4-4甲所示电路补充完整,要求滑片向右移动时电流表的示数变大。
图ZT4-4
(2)闭合开关后,发现电压表有示数,电流表无示数,移动滑片两表示数均不变,则故障原因可能是 。
(3)小明在进行第二次实验时,电流表的指针位置如图乙所示,请将正确数据填入他设计的表格中。
实验次数
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
1
1
0.1
2
2.4
3
3
0.28
(4)小梦发现小明的实验数据存在问题,请你判断小梦说的是否正确, (选填“是”或“否”),并简述你的理由:
。
(5)为了使测得的电阻值更接近于实际值,请你结合小明设计的实验记录表格对他的下一步做法提出建议:
。
(6)在课外实践活动中,他们设计了如图丙所示的电路图测量一个铭牌脱落的滑动变阻器的最大阻值R,定值电阻的阻值已知为R0,请你写出表达式。
步骤一:闭合开关,将滑动变阻器的滑片移到A端,读出电压表的示数为U;
步骤二:将滑动变阻器的滑片移到B端,读出电压表的示数为U1。
被测滑动变阻器最大阻值的表达式为R= 。
5.在“用伏安法测电阻”的实验中,小梦同学连接了如图ZT4-5甲所示的电路。(电路元件完好,电源电压恒定,滑动变阻器最大阻值为R,接线柱接线牢固)
图ZT4-5
(1)检查电路,发现有一处连接错误,请指出连接错误的导线是 (选填“a”“b”“c”或“d”)。
(2)纠正错误后,闭合开关,测得几组数据如下表。
实验序号
1
2
3
电压U/V
1.5
2.1
2.8
电流I/A
0.10
0.14
电阻R/Ω
15.0
15.0
第3次实验时电流表示数如图乙所示,电流表的示数为 A。第3次实验后,算出的电阻值是 Ω,待测电阻为 Ω。
(3)实验结束后老师组织大家做延伸实验,他把A组的电流表给了B组,把B组的电压表给了A组,让A、B组利用现有器材完成测量电阻的实验设计。如果你在其中一个组,请把设计的电路图画在图丙的虚线框内。
类型三 测量小灯泡的电功率
6.在测量小灯泡电功率的实验中,电源电压为4.5 V,小灯泡的额定电压为2.5 V,小灯泡正常发光时的电阻约为10 Ω。
(1)请你用笔画线代替导线,将图ZT4-6甲中的实物电路连接完整。要求:当滑动变阻器的滑片向左移动时,连入电路的电阻变大;连线不得交叉。
图ZT4-6
(2)小红同学按同一电路连接好最后一根导线,灯泡立即发出明亮耀眼的光,并很快熄灭,检查后发现连线正确,请你找出她在实验中两个操作不当之处是 ,
。
(3)小明同学闭合开关,移动滑片P到某一位置时,电压表示数(如图乙所示)为 V,若他想测量小灯泡的额定功率,应将图甲中滑动变阻器的滑片P向 (选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为2.5 V。
(4)小明同学继续移动滑片P,记下多组对应的电压表和电流表的示数,并绘制成如图丙所示的I-U关系图像,根据图像信息,可计算出小灯泡的额定功率是 W,还可以得出:小灯泡的实际功率随实际电压的增大而
(选填“增大”“减小”或“不变”)。
7.[2018·包头] 小聪利用如图ZT4-7甲所示的电路测量额定电压为2.5 V的小灯泡的额定功率。
图ZT4-7
(1)请用笔画线代替导线,将图甲的实物电路连接完整,要求滑动变阻器的滑片P向右移动时小灯泡变亮。
(2)连接电路后,闭合开关,发现小灯泡不发光,电流表示数不为零,电压表示数为零,则故障可能是由于小灯泡
引起的。
(3)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。在实际测量中,电压表有示数时内部有微弱的电流通过,如果考虑这个微弱电流的影响,则所测小灯泡的额定功率偏 (选填“大”或“小”)。
(4)利用如图丙所示的电路也可以完成该实验,请完成下列填空。(电源电压未知且不变,R1和R2为滑动变阻器,R2的最大电阻为R0)
①只闭合开关S和S1,调节 ,使电压表的示数为2.5 V。
②只闭合开关 ,保持P2位置不动,调节R1,使电压表的示数仍为2.5 V。
③接着保持P1位置不动,将R2的滑片P2调至最左端,记下电压表的示数为U1;再将R2的滑片P2调至最右端,记下电压表的示数为U2 , 则小灯泡额定功率的表达式P额= 。(用U额、R0、U1、U2表示)
【参考答案】
1.(1)如图所示
(2)右 (3)电压
(4)1.5
(5)右
(6)20 10
2.(1)电流表示数变大,电压表示数变大
(2)7.5
(3)温度
(4)选用电压表0~3 V量程并联在滑动变阻器两端,当电压表示数为6 V-3.8 V=2.2 V时,灯正常发光,记下此时电流表示数,根据P=UI计算即可
3.(1)如图所示
(2)右
(3)滑动变阻器断路
(4)4
(5)S1闭合,S2断开 (I2-I1)R0I1
4.(1)如图所示
(2)定值电阻断路
(3)0.24
(4)是 根据题中数据可计算,当滑动变阻器为最大为20 Ω时,定值电阻两端电压最小约为1.5 V,所以实验次数1数据不可能存在,应重新实验(其他答案合理即可)
(5)在表格中增加电阻平均值一栏,并将求出的三次实验电阻的平均值填入表格中
(6)(U-U1)R0U1
5.(1)d (2)0.18 15.6 15.2
(3)A组示例:
B组示例:
6.(1)如图所示
(2)连接电路时未断开开关 未将滑动变阻器滑片滑到阻值最大处
(3)2.2 B
(4)0.5 增大
7.(1)如图所示
(2)短路 (3)0.6 大
(4)①R2 ②S和S2 ③U额2(U1-U2)U2R0
[解析] (4)由于电路中没有电流表,所以我们可以通过实验测出小灯泡的电阻,再根据它的额定电压计算出额定功率,设计的实验步骤如下:
①只闭合开关S和S1,此时小灯泡与滑动变阻器R2串联,电压表测量小灯泡两端的电压,调节滑动变阻器R2,使电压表的示数为2.5 V,此时小灯泡正常发光。
②只闭合开关S和S2,此时滑动变阻器R1与滑动变阻器R2串联,电压表测量滑动变阻器R1两端的电压,保持P2位置不动,调节R1,使电压表的示数仍为2.5 V,则此时滑动变阻器R1连入电路的电阻与小灯泡正常发光时的电阻相同。
③接着保持P1位置不动,将R2的滑片P2调至最左端,此时电路中只有滑动变阻器R1,电压表测电源电压U1;再将R2的滑片P2调至最右端,此时两滑动变阻器串联,滑动变阻器R2连入电路的阻值为R0,此时R2两端的电压为UR0=U1-U2,电路中的电流为I=U1-U2R0,滑动变阻器R1连入
电路的阻值为R1=U2U1-U2R0=U2R0U1-U2,小灯泡正常发光时的电阻RL=R1=U2R0U1-U2;则小灯泡的额定功率为P额=U额2RL=U额2U2R0U1-U2=U额2(U1-U2)U2R0。
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