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【易混淆点】
1.滑动变阻器在三个实验中的作用:
在“探究电流与电压的关系实验”中,主要是“改变定值电阻两端的电压”;
在“探究电流与电阻的关系实验”中,主要是“保持定值电阻两端的电压不变”;
在“伏安法测电阻的实验”中,主要是“改变定值电阻两端的电压,多次测量求平均值减小测量误差”。
2.在叙述实验结论时,错误地说成“电压与电流成正比”;
“电阻与电流成反比”。
【典例分析】
【例1】
(2020甘孜14)小刚用图所示电路探究“一段电路中电流跟电阻的关系”,在此实验过程中,当A、B两点间的电阻由5Ω更换为10Ω后,为了探究上述问题,他应该采取的唯一操作是( )
A.保持变阻器滑片不动B.将变阻器滑片适当向左移动
C.将变阻器滑片适当向右移动D.适当增加电池的节数
【答案】C
【分析】当A、B两点间的电阻由5Ω更换为10Ω后,根据串联分压的知识可知:
电压表的示数变大,此时应该增大滑动变阻器的阻值,将滑片适当向右端滑动,使电压表的示数与原来相同。
选C。
【思路小结】在“探究电流与电阻的关系实验中”,当定值电阻变大时,滑动变阻器连入电路中的阻值也要变大。
【例2】
(2020达州22)在“探究电流与电阻的关系”的实验中,提供的器材如下:
电源电压恒为4.5V,五个定值电阻R1(5Ω)、R2(10Ω)、R3(15Ω)、R4(20Ω)、R5(25Ω),标有“50Ω1A”的滑动变阻器R、电压表(可用量程:
0~3V、0~15V)、电流表(0~0.6A)、开关各1只,导线若干。
(1)小赵同学设计了如图甲所示的实验电路,电路连接完毕,闭合开关S,发现电流表有示数,电压表无示数。
若电路故障只出现在R1和R上,则电路故障是;
(2)排除电路故障后,将滑动变阻器的滑片P移到最端,闭合开关,调节滑片P,使电压表的示数为2.5V时,电流表的示数应为A;
(3)分别用定值电阻R2、R3、R4、R5依次替换R1,重复
(2)的实验步骤。
根据实验所得的五组数据绘制出I-R图象,如图乙所示,由图象可得出的结论是:
;
(4)完成步骤
(2)后,若保持滑片P位置不变,断开开关,用R2替换R1,闭合开关,发现电压表示
数2.5V(选填“大于”或“小于”),应向(选填“左”或“右”)移动滑片P才能达到实验要求;
(5)为完成该实验探究,滑动变阻器允许连入电路的最小阻值为Ω;
(6)在使用电阻R1、R5完成实验的过程中,当电压表示数为2.5V时,滑动变阻器R消耗的电功率分别为P1、P5,则
。
【答案】
(1)R1短路
(2)右0.5(3)当导体两端的电压保持不变时,导体中的电流与导体的电阻成反比(4)大于右(5)4(6)5:
1
【分析】
(1)由图可知:
电阻R1和滑动变阻器R串联,电压表测R1两端的电压,电流表测电路中的电流。
闭合开关时,电流表有示数,则电路中出现短路故障,而电压表无示数,那么是电阻R1短路了。
(2)在闭合开关前,滑动变阻器的滑片应移动到阻值最大处,即最右端。
由图乙知:
电压表示数为2.5V,R1=5Ω时,电路中的电流为I=U1/R1=2.5V/5Ω=0.5A。
(3)由图乙知:
当电压一定时,通过导体的电流与电阻成反比。
(4)用R2=10Ω代替R1后,若滑动变阻器接入电路的阻值不变,据串联电路的分压特点知:
R2分去的电压变大,即电压表的示数大于2.5V,要使R2两端的电压保持为2.5V,应让变阻器接入电路的阻值变大,以分去更多电压,所以应向右移动滑片。
(5)实验中,定值电阻两端的电压保持不变,那么变阻器两端的电压也保持不变,当定值电阻更换的阻值越小,据串联电路的特点,变阻器接入电路的阻值也越小。
所以,当R1=5Ω时,变阻器接入电路的电阻最小,此时电路中的电流I=0.5A,滑动变阻器接入电路的最小阻值为:
Rmin=
=
=4Ώ。
(6)由P=
得,定值电阻接R1和R5时,滑动变阻器消耗的电功率之比:
P1:
P2=
:
=5:
1。
【思路小结】解课内实验探究题,要结合平时的实验操作和相关知识进行思考。
在探究电流与电阻的关系实验中,同样需要使用定值电阻。
结论是:
当导体两端的电压一定时,导体中的电流与电阻成反比。
不可以说成“当导体两端的电压一定时,导体中的电阻与电流成正比。
”因为这里的电流的变化是因为电阻的改变引起的,不是电流的改变使得电阻发生改变。
滑动变阻器的作用是保持定值电阻两端的电压不变。
当定值电阻由小电阻换成大电阻时,滑动变阻器的阻值也要向阻值大的方向滑动。
【例3】
(20江西)14.如图所示,电源电压恒定不变,闭合开关S,若滑片P向上移动,下列说法正确的是( )
A.A示数变小,V示数变大B.A示数变小,V示数不变
C.A示数变大,V示数变小D.A示数变大,V示数不变
【答案】B
【分析】由图可知:
电阻R2和变阻器R1并联,电流表测量干路中的电流,电压表测量电源电压,滑片P向上移动,变阻器连入电路的电阻变大,由电阻的并联可知电路的总电阻变大,由I=U/R可知电路中的总电流变小,即电流表的示数变小,电压表仍然测量电源电压,电压表的示数不变。
故选B。
【思路小结】1.电表示数变化分析,首先判断电路的连接方式,若是并联,电压表示数不变,干路中的电流表示数随支路的电流变化而变化,支路中的电流随电阻的增大而变小。
若果是串联,电路中的电阻变大,电流表示数变小,电压表若是测量的是电阻变大的电器的电压,则变大,否则变小。
2.利用电表分析电路故障的一般方法:
根据电流表确定故障的类型,若电流表有示数,是短路故障;
若电流表无示数是断路故障。
根据电压表确定故障的位置,若果电压表有示数,则电压表所测的部分断路;
若电压表无示数,则电压表所测的部分短路或者意外的部分断路。
3.关于运用欧姆定律解题的要点:
学好基本的串并联计算,变动为定,画好等效电路图。
(1)基本的串并联计算:
运用欧姆定律的数学表达式及其变形公式计算。
注意:
要先判断是什么连接方式,正确运用串并联电路中电流、电压、电阻的关系分析解决问题。
要电流、电压、电压“三合一”:
是同一用电器的同一状态。
(2)开关引起的动态电路计算一般思路:
先根据开关的断开与闭合情况,画出符合要求的等效电路图,然后按照
(1)中的方法解题。
(3)滑动变阻器引起的动态电路计算的一般思路:
先根据滑动变阻器滑片所处的位置,将电路状态“固定”。
然后画出这种状态的等效电路图,然后按照
(1)中的方法解题。
(4)电路安全问题(最值问题):
情况1:
伏特表测用电器电压
电路中的电流最大值I最大=U伏特表量程/R用电器;
滑动变阻器的最小值R滑最小=U电源/I最大-R用电器;
滑动变阻器的最大值R滑最大=R滑最大值。
情况2:
伏特表测滑动变阻器电压
电路中的电流最小值I最小=(U电源-U伏特表量程)/R用电器;
滑动变阻器的最大值R滑最大=U电源/I最小-R用电器;
滑动变阻器的最小值R滑最小=U电源/I最大-R用电器。
【真题操练】
1.(2020北京10)如图所示是一种温度测试仪的电路,R1为定值电阻,R2为热敏电阻(阻值随温度升高而减小,电路图符号
电源两端的电压不变,闭合开关S,当所测物体温度升高时,下列判断正确的是()
A.电流表示数变小B.电流表示数不变
C.电压表示数变小D.电压表示数变大
【答案】D
【解析】R2为热敏电阻,其阻值随温度升高而减小。
由图可知:
定值电阻R1、热敏电阻R2串联,电流表测电路电流,电压表测定值电阻R1两端电压,闭合开关S,当所测物体温度升高时,热敏电阻R2阻值减小,则通过电路电流增大,即电流表示数变大;
定值电阻R1阻值不变,通过电流增大,根据U=IR可知,两端电压增大,即电压表示数变大。
D正确。
选D。
2.(2020滨州10)如图所示的电路中,电源电压保持不变,R1为定值电阻。
闭合开关S,滑动变阻器R2的滑片P向右滑动的过程中,关于电压表和电流表的示数变化,下列判断正确的是( )
A.电压表示数变小,电流表示数变大B.电压表示数不变,电流表示数变小
C.电压表示数变大,电流表示数不变D.电压表示数变大,电流表示数变小
【解析】由图可知:
电阻R1和变阻器R2并联,电流表测量干路中的电流,电压表测量电源电压,闭合开关S,滑动变阻器R2的滑片P向右滑动的过程中,变阻器连入电路的电阻变大,由并联电路电阻的规律可知电路的总电阻变大,由I=U/R可知:
通过干路中的电流变小,即电流表的示数变小,电压表测量电源电压,电压表的示数不变。
选B。
3.(2020达州8)如图所示,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,电源电压保持不变。
闭合开关S,滑动变阻器滑片P从中点向右移动过程中,下列说法正确的是()
A.电压表示数变大,电流表A1变小
B.电压表示数不变,电流表A2示数变大
C.电压表示数与电流表A2示数的比值变大
D.电流表A2、A1示数之差与电压表示数的乘积变小
滑动变阻器与定值电阻并联,电流表A2测量干路中的总电流,电流表A1测量流经滑动变阻器的电流,闭合开关S,滑动变阻器滑片P从中点向右移动过程中。
A.电压表的示数变大,总电阻变小,电流表A2的示数变大,流经电阻R1的电流不变,所以A1的示数变大,A错。
B.电压表示数变大,电流表A2的示数变大,B错。
C.电压表示数变大,电流表A2的示数变小,所以,电压表示数与电流表A2示数的比值变大,C正确。
D.电流表A2、A1示数之差就是流经电阻R1的电流,加在R1两端的电压不变,所以,电流表A2、A1示数之差不变,电压表的示数变大,电流表A2、A1示数之差与电压表示数的乘积变大,D错。
4.(2020鄂州14)如图所示电路中,电源电压为4.5V,L1、L2是小灯泡,当开关S闭合时,电压表的示数为1.5V,忽略温度对灯丝电阻的影响,则()
A.L2两端的电压为1.5VB.L1两端的电压为1.5V
C.L1与L2的灯丝电阻之比为2:
1D.通过L1与L2的电流之比为1:
2
当开关S闭合时,灯泡L1、L2串联,则通过的电流之比为1:
1,电源电压为:
U=4.5V,电压表的示数为:
U1=1.5V,则L2两端电压:
U2=U-U1=4.5V-1.5V=3V。
L1与L2的灯丝电阻之比为1:
2,B正确。
5.(2020宜昌13)交警查“酒驾”的测试仪内部有一个酒精气体传感器,它是一种气敏电阻,其阻值随酒精气体浓度的增大而减小。
测试位电路主要由气敏电阻R、定值电阻R0和电压表组成酒精气体的浓度通过电压表示数反映,司机呼出的酒精气体浓度越大,电压表的示数就越大。
下列符合要求的电路图是()
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【解析】根据串联电路电阻分压特点,要求司机呼出的酒精气体浓度越大,电压表的示数就越大,则要求电压表测量的电阻占电路总电阻的比例越大:
A.司机呼出的酒精气体浓度越大,气敏电阻R越小,根据串联分压,定值电阻R0占总电阻的比例越大,电压表示数越大,A正确。
B.司机呼出的酒精气体浓度越大,气敏电阻R越小,占总电阻的比例越小,电压表示数越小,B错。
C.电压表测量电源电压,保持不变,C错。
D.电压表串联在电路中,相当于直接测量电源电压,D错。
选A。
6.(2020成都20)图甲所示电路,闭合开关S,滑片P从a向b移动的过程中,小灯泡的亮度;
当P移动到b端时,电压表的指针位置如图乙所示,则此时灯泡两端的电压为V。
【答案】变暗1.7
【解析】此电路为串联电路,滑动变阻器滑片P从a向b移动的过程中,阻值变大,电流变小,所以灯泡变暗。
电压表连接0~3V量程,分度值为0.1V,电压表读数为1.7V。
7.(2020成都21)实验小组利用图所示的电路探究“电流与电阻的关系”。
实验过程中,电阻箱阻值由50调为90,电压表示数会,要继续探究,应该将滑片P向移。
【答案】变大右
这是一个串联电路,电阻箱阻值由50Ω调为90Ω,电阻值在变大,根据串联电路的分压原理可知,电阻箱两端的电压在变大,即电压表示数会变大。
探究“电流与电阻的关系”需要保持电阻两端的电压不变,要继续探究,那么滑动变阻器接入电路的电阻应该变大,从图中可看到,应该将滑片P向右移动。
8.(2020达州16)如图所示是“伏安法测电阻”的实验电路图,R为待测电阻,阻值约为5Ω。
实验器材有:
滑动变阻器(规格为10Ω2A)、电压表(量程分别为0~3V、0~15V)、电流表(量程分别为0~0.6A、0~3A)、电源(3节新干电池串联)。
为使测量时能较准确地读数(指针最好偏过中间刻度线),则电压表应选的量程,电流表应选的量程;
为了保证两电表安全,应控制滑动变阻器的阻值大约在的范围内移动。
【答案】0~3V0~0.6A2.5Ω~10Ω
【解析】电源是3节新干电池串联,电压为4.5V,电压表如果用0~15V的量程,指针偏转的角度太小,所以用0~3V。
此电路的最大电流约为:
I=U/R=3V/5Ω=0.6A,如果选用0~3A的量程,最大电流指针也无法偏转至中间的刻度,所以要用0~0.6A的量程。
当电路中的最大电流是0.6A时,电源电压为4.5V,此时滑动变阻器接入电路的阻值最小,最小为:
R滑最小=U/I最大-R=4.5V/0.6A-5Ω=2.5Ω;
因为滑动变阻器的最大阻值为10Ω,所以为了保证两电表安全,应控制滑动变阻器的阻值大约在2.5Ω~10Ω的范围内移动。
9.(2020甘孜26)如图所示,电源电压是3V且保持不变,S闭合后电压表示数为1V,则灯L2两端的电压为__________V;
若断开开关,电压表示数将__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】1变大
【解析】由电路图知:
当S闭合后,两灯串联,电压表测的是灯L2两端的电压,故灯L2两端的电压为1V。
断开开关后,电压表测电源电压,此时示数为3V,故电压表示数将变大。
10.(2020甘孜28)如图是电阻A和B的I—U图像。
若把二者并联后接入电路中,当通过电阻B的电流是0.2A时,通过电阻A的电流是A,若把二者串联后接入某电路,当通过电阻A的电流为0.3A,电阻B两端的电压是V。
【答案】0.43
二者并联后接入电路中,当通过电阻B的电流是0.2A时,B两端的电压是2.0V,并联电路各支路两端电压相等,所以A两端的电压也是2.0V;
此时通过电阻A的电流是0.4A。
二者串联后接入电路中,当通过电阻A的电流是0.3A时,串联电路电流处处相等,所以通过B的电流也是0.3A;
此时电阻B两端的电压是3.0V。
11.(2020河南5)在如图所示的电路中,电阻R0为6Ω,电源电压不变。
把“6V3W”的小灯泡接在AB间,CD间接电流表,闭合开关S,小灯泡正常发光,则电源电压为V,电流表的示数为_A。
如果把这个小灯泡接在CD间,AB间接电压表,闭合开关S,若灯丝电阻与正常发光时相同,则电压表的示数为V。
【答案】61.52
【解析】灯泡接在AB之间,电路为并联电路,此时小灯泡正常发光,所以电压为灯泡的额定电压6V。
电流表接在CD之间,测量干路电流,其中R0的电流:
I0=U/R0=6V/6Ω=1A,小灯泡的电流为:
IL=PL/UL=3W/6V=0.5A,所以干路电流:
I=I0+IL=1A+0.5A=1.5A,电流表的示数为1.5A。
改换电路后小灯泡和电阻R0串联,电压表测量R0两端的电压,小灯泡的电阻:
RL=
=12Ω,串联分压可得:
(1)
,又因为
(2)UR0+UL=6V,由
(1)
(2)由此可得UR0=2V,即电压表的示数为2V。
12.(2020成都33)小华找到了一张测定汽车油箱内油量的装置图,如图所示,他与同组同学对相关问题进行了探究。
(1)把油量信息转化为电信息,有利于信息的传递。
装置中,信息转化的关键环节为:
油量变化→杠杆绕O点转动→电路的变化→电流变化;
(2)若圆弧形电阻丝最大阻值为100Ω,其他可供选择的器材有:
恒压电源E1(电压3V)和E2(电压18V);
电流表A1(量程0~0.6A)和A2(量程0~0.1A);
定值电阻R1=5Ω、R2=30Ω和R3=100Ω。
为了节约能源,并且实现油量最大时,电流表示数最大,器材选择的最佳组合为;
A.E2、A2、R3B.E1、A2、R2C.E1、A2、R1D.E2、A1、R3
(3)合理选择器材后,他们通过测量,得到了下表所示的结果(其中V是油箱的容积,Ig是电流表的最大示数):
液体体积
V
电流表示数
Ig
依据测量结果,可以将电流表的刻度改为油量体积。
分析数据可知,当液体体积为
时,电流表示数______(选填“大于”、“等于”或“小于)
;
(4)关于探究过程的反思,下列说法中不正确的是____。
A.调整圆弧形电阻丝的位置,要让圆心在O点
B.为保证安全和方便,测量时用水来灌装油箱
C.为节约空间,应该使电路元件尽量靠近油箱
D.该装置还存在一些缺陷,应继续探究并改进
【答案】
(1)总电阻
(2)B(3)小于(4)C
【解析】
(1)杠杆绕O点转动,电阻值接入电路的阻值变化,电路总电阻变化,电流变化。
(2)为了节约能源,需要电压较小的,电流较小,则选择电源E1和电流表A2,当油量最大时,电流表示数最大,圆弧形电阻丝接入电路阻值为0,则需要定值电阻为:
R=U/I=3V/0.1A=30Ω,选B。
(3)如果液体体积和电流表示数成正比,则当液体体积为V/2时,电流表示数等于5Ig/12,分析电流表的示数可知,电流减小的变化量越来越小,所以当液体体积为V/2时,电流表示数小于5Ig/12。
(4)A.让圆心在O点,则两边力臂大小相同,变化量相同,A正确。
B.水不可燃,容易获取,测量时用水来灌装油箱,B正确。
C.电路元件会由于电流热效应,温度较高,油是可燃物,电路元件尽量靠近油箱容易燃烧,C错误。
D.当油量最小时,电阻丝接入电路最大,电流最小,但是电流表示数不为0,所以需要对电流表的示数最小位置进行标记为油量为0,D正确。
13.(2020广东28)阅读下列短文,回答问题。
热敏电阻温度计
热敏电阻是用半导体材料制成的电阻,其阻值随温度的变化而变化,如图甲所示为某型号热敏电阻的实物图,阻值随温度升高而变小的,称为负温度系数热敏电阻;
阻值随温度升高而变大的,称为正温度系数热敏电阻,利用热敏电阻的特性做成的温度计,叫做热敏电阻温度计。
图乙所示为热敏电阻R1的阻值随温度t变化的图像(为方便计算,已将图线作了近似处理)。
图丙是用R1做测温探头的某热敏电阻温度计的电路图,其中电源电压可在0.60~1.20V之间调节,R2为定值电阻,阻值为100Ω。
该电路工作原理是:
当保持通过R1的电流不变时,R1两端的电压随电阻均匀变化(即随温度均匀变化),故只需将电压表V1表盘的刻度改成相应的温度刻度,就可以直接从V1表盘上读出温度值。
测量时,将R1放入待测温度处,闭合开关,调节电源电压,使V2表的示数保持0.20V不变(即电路中的电流保持2mA不变),再从V1表盘上读出待测温度t。
(1)热敏电阻R1是(选填“正”或“负”)温度系数热敏电阻。
在标准大气压下,将R1放入冰水混合物中时,R1的阻值是Ω;
(2)测温时,保持R2两端电压为0.20V,R1两端的电压随温度升高而_(选填“变大”、“变小”或“不变”);
(3)某次测温时,V1表盘上显示的温度是20℃,此时电源电压为V;
(4)该热敏电阻温度计测量温度的范围为℃。
【答案】
(1)负520
(2)变小(3)0.92(4)2.5~40
(1)由图乙可知:
热敏电阻R1的阻值随温度升高而变小,即为负温度系数热敏电阻。
在标准大气压下,冰水混合物的温度为0℃,由图乙可知:
热敏电阻R1在0℃时的电阻值为520Ω。
(2)测温时,保持R2两端电压为0.20V,即电路中的电流保持不变,而R1的阻值随温度升高而变小,由欧姆定律可知,R1两端的电压逐渐变小。
(3)由图乙可知:
当温度是20℃时,热敏电阻R1的阻值为:
520Ω—
×
20℃=360Ω。
此时电源电压U=I(R1+R2)=2×
10-3A×
(360Ω+100Ω)=0.92V。
(4)当电源电压为0.6V时,电路中的总电阻:
R最小=
=300Ω,此时热敏电阻R1的阻值:
R热敏=R最小-R2=300Ω-100Ω=200Ω,由图乙可知:
此时的温度:
30℃=40℃。
当电源电压为1.2V时,电路中的总电阻:
R最大=U最大/I=1.2V/0.002A=600Ω,此时热敏电阻R1的阻值:
R热敏′=R最大—R2=600Ω-100Ω=500Ω,由图乙可知:
30℃=2.5℃,该热敏电阻温度计测量温度的范围为2.5~40℃。
14.(2020河南19)某实验小组探究电流与电压和电阻的关系。
实验中电源电压恒为3V,滑动变阻器最大阻值为20Ω。
(1)他们先用5Ω的定值电阻探究电流与电压的关系,实验电路图如图1所示;
①请根据图1的电路图把图2的实物电路连接完整;
②接线完毕后,小丽建议要对电路进行检查后再闭合开关,请你提出其中一项需要检查的内容:
__;
③检查完毕后,闭合开关,调节滑动变阻器,记录了5组数据。
测第6组数据时,电压表的示数为2.6V,电流表的示数如图3所示。
请在图4的坐标系中描绘出第6组数据对应的点,并根据描出的6个数据点画出定值电阻的I-U图像;
图3图4
④分析画出的I-U图像可得出结论:
在电阻一定时,;
⑤为了使结论具有普遍性,还应进行的操作是:
(2)接着他们在原有5Ω定值电阻基础上,又准备了阻值为10Ω、15Ω、20Ω的三个定值电阻,以探究电压一定时电流与电阻的关系。
为了控制电压不变,每次更换定值电阻后需要调节滑动变阻器,使定值电阻两端的电压达到相同的值。
这个电压控制在多少合适呢?
实验小组的同学分别提出了0.5V、1V和2V三个电压值,为使实验顺利进行,大家进行了分析与讨论,你认为应选这三个电压值中的V。
【答案】
(1)
滑动变阻器是否在最大阻值处
电流与电压成正比
更换阻值不同的定值电阻进行多次实验
(2)2V
(1)连接滑动变阻器需“一上一下”串联进被控制电路中,根据电路图,滑片向左移动,滑变电阻变小,滑变右上已经连接,所以应该连接左下接线柱,导线另一端可以连接到定值电阻
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