专题12 电路探究决胜中考物理压轴题全揭秘解析版.docx
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专题12电路探究决胜中考物理压轴题全揭秘解析版
决胜2020年中考科学压轴题全揭秘
专题12电路探究
【考点1】欧姆定律探究
【例1-1】在“探究一定电压下,电流与电阻的关系”的实验中,老师提供的实验器材有:
电源(电压恒为4.5Ⅴ),电流表、电压表各一个,开关一个,四个定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω、20Ω),两只滑动变阻器(规格分别为“20Ω2A”、“50Ω1A”),导线若干。
(1)请根据图甲的电路图用笔画线将图乙实物图连接完整(注意电流表的量程选择)。
(2)小李实验时,在c、b间先接入5Ω的电阻,闭合开关,移动滑片P,使电压表的示数为1.5Ⅴ,并记下相应的电流值;再改接10Ω的电阻,此时滑片P应向F端移动,小李移动变阻器滑片P的目的是:
________。
(3)小李为完成用四个定值电阻进行实验,他应选择的滑动变阻器规格是50Ω,1A。
他这样选择的理由是:
________。
【答案】
(1)
(2)保持电阻两段的电压为1.5V不变
(3)“50Ω,1A”;当20Ω的电阻接入a、b间时,为使电压表的示数为1.5V,滑动变阻器接入电路中的阻值是40Ω,若选用规格为“20Ω,2A”滑动变阻器,无论怎样移动滑片P,电压表的示数始终无法达到1.5V.
【解析】【分析】
(1)探究电流与电阻的关系时,除了电压表与定值电阻并联外,其它元件都是串联;主要电表的串并联关系和量程的选择,滑动变阻器接线“一上一下”原则;
(2)根据控制变量法的要求,探究电流和电阻的关系时,必须控制电阻两端的电压相等而改变电阻的阻值;
(3)变阻器的最大阻值决定了它的调节能力;当定值电阻的阻值为20Ω时,电压表的示数为1.5V,根据欧姆定律计算出这时变阻器的阻值就是它接入电路的最大阻值。
【解答】
(1)根据甲图可知,只有电流表没有接入电路。
将电流表的“-”接线柱与电阻右边的b接线柱相连,将电流表的“0.6”的接线柱与开关右边的接线柱相连即可,如下图:
(2)小李实验时,在c、b间先接入5Ω的电阻,闭合开关,移动滑片P,使电压表的示数为1.5Ⅴ,并记下相应的电流值;再改接10Ω的电阻,此时滑片P应向F端移动,小李移动变阻器滑片P的目的是:
保持电阻两段的电压为1.5V不变。
(3)当定值电阻的阻值为20Ω时,电压表的示数为1.5V,
那么通过串联电路的电流
;
变阻器两端的电压为:
U变=U总-U=4.5V-1.5V=3V;
变阻器接入电路的阻值为:
。
小李为完成用四个定值电阻进行实验,他应选择的滑动变阻器规格是50Ω,1A。
他这样选择的理由是:
当20Ω的电阻接入a、b间时,为使电压表的示数为1.5V,滑动变阻器接入电路中的阻值是40Ω,若选用规格为“20Ω,2A”滑动变阻器,无论怎样移动滑片P,电压表的示数始终无法达到1.5V。
【变式1-1】小科利用如图甲所示的电路探究电流跟电阻的关系。
已知电源电压为6V且保持不变,实验用到的电阻阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω。
(1)请根据图甲将图乙所示的实物电路连接完整(导线不允许交叉);
(2)实验中多次改变R的阻值,调节滑动变阻器的滑片,使电压表示数保持不变,记下电流表的示数,得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图像;
①由图像可以得出结论:
电压一定时,________;
②实验中,小科用5Ω的电阻做完实验后,断开开关,然后用10Ω的电阻换下5Ω的电阻接入电路,闭合开关,移动滑片,使电压表示数为________V时,然后再读出电流表的示数;
(3)为完成整个实验,应该选取最大阻值不小于________Ω的滑动变阻器。
【答案】
(1)解;如图所示:
(2)通过导体的电流与电阻成反比;2.5
(3)35
【解析】【分析】
(1)根据电路图判断各个电器元件的串并联关系,然后将实物图中缺少的部分补充完整即可;
(2)①从丙图中找到对应的电流和电阻,然后相乘,如果乘积相等,它们就是反比例关系;
②从丙图中找到一组对应的电流和电阻值,根据U=IR计算出即可;
(3)变阻器的最大阻值决定了它的调节能力,而定值电阻的阻值越大,需要变阻器接入的阻值越大。
从丙图中找到电阻25Ω时的电流,根据欧姆定律计算出变阻器的阻值即可。
【解答】
(1)对照电路图可知,定值电阻与变阻器之间,定值电阻与电压表的接线缺失。
变阻器接线要“一上一下”,即将电阻右端与变阻器上面的接线柱相连。
电压表的正接线柱已经接好,只要从负接线柱引线与定值电阻的右端接线柱相连即可。
如下图:
(2)①根据丙图可知,每组对应的电流和电阻的乘积都相等,即:
电压一定时,通过导体的电流与电阻成反比;
②据丙图可知,当电阻为5Ω时电流为0.5A,因此电压表示数为:
U=IR=0.5A×5Ω=2.5V。
(3)据丙图可知,电阻25Ω时的电流为0.1A,
这时的总电阻为:
;
变阻器的最小阻值为:
R变=R总-R=60Ω-25Ω=35Ω。
故答案为:
(1)同解析;
(2)①通过导体的电流与电阻成反比;②2.5;(3)35
【例1-2】.小科按照实验要求,设计测量未知定值电阻Rx阻值(范围为400~600Ω)的实验。
器材:
干电池两节(总电压为2~3V),电压表(量程0~3V、0~15V)电流表(量程0~0.6A、0~3A)、滑动变阻器(500Ω0.5A)各一个,开关、导线若干。
(1)要求一:
测算出Rx,且实验过程中不能拆接电路。
小科设计实验电路如图甲。
请分析:
①小科在设计实验前通过估算发现,用所提供的电流表无法测量出电路中的电流,其原因是________。
②实验时,先将变阻器滑片P移到某一位置a处,读出电压表示数为U1,U1即为电源电压;再将变阻器滑片P移到另一位置b处,读出电压表示数为U2,则U1-U2就是此时滑动变阻器两端的电压。
根据相关数据计算Rx的阻值。
实验中滑片P所在的a、b处分别对应的位置是:
________ 。
(2)要求二:
增加一个电学器材实现Rx阻值的直接读取,且电路只能连接一次。
小科增加了一个阻值可连续调节且可读数的变阻器Y,重新设计了图乙电路。
实验步骤如下:
①先闭合开关S、S1,调节滑动变阻器使电压表示数为2V;②再断开开关S1,闭合开关S2,________,读取此时Y的数值。
Y的示数即为Rx的阻值。
【答案】
(1)被测电阻阻值范围为400~600欧姆,2节干电池的总电压最大为3伏特,根据欧姆定律可估算出电路中最大电流值为0.0075A,比电流表最小刻度值0.02安培小得多,因此电流表无法测量电路中电流。
;a点在最右端,b点在最左端
(2)调节Y的阻值,使电压表示数为2V
【解析】【分析】欧姆定律是:
在同一电路中,通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。
【解答】
(1)由提供的器材可知,该实验电路的最大电压是3V,而待测电阻大约是400~600Ω,其电流最大为
,远比电流表的的最小刻度0.02A小的多,所以电流无法读取;由甲图可知,电压表测量的是待测电阻两端的电压,现将变阻器滑片P移到某一位置a处,读出电压表示数为U1,U1即为电源电压,则说明电路中只有待测电阻接入电路,则滑动变阻器没有接入,故处于最右端;再将变阻器滑片P移到另一位置b处,读出电压表示数为U2,则U1-U2就是此时滑动变阻器两端的电压,滑动变阻器接入电路且是最大值,故此时滑片处于最左端;
(2)由实验步骤可知,乙电路是通过可读数的变阻器来读取待测电阻的阻值,而电路中可知,Y与Rx并联且电压测的是Y与Rx的电压,所以断开开关S1,闭合开关S2,使电压表的示数也为2V,则Y的阻值与Rx相等;
故答案为:
(1)①被测电阻阻值范围为400~600欧姆,2节干电池的总电压最大为3伏特,根据欧姆定律可估算出电路中最大电流值为0.0075A,比电流表最小刻度值0.02安培小得多,因此电流表无法测量电路中电流。
②a点在最右端,b点在最左端;
(2)调节Y的阻值,使电压表示数为2V。
【变式1-2】在伏安法测电阻的实验中,小明同学连接的电路如图所示.
(1)电路中有一根导线连接错了,请你在接错的导线上打一个叉,并画出正确的连线.
(2)请在图乙方框内画出改正后的电路图.
(3)改正后当滑片P在某点时,电压表的示数是1.7V,电流表示数如图丙所示,则被测电阻R的阻值是________.
(4)电路正确连接后若闭合开关后发现电流表指针偏转,电压表指针没有偏转,该故障的原因是 .
A. 电阻R接线短路
B. 电阻R接线断路
C. 电源接触不良
D. 电流表接线短路
【答案】
(1)解:
如图所示:
(2)解:
如下图所示:
(3)1(4)A
【解析】【分析】
(1)电流表应该与电阻串联,电压表应该与电阻并联,滑动变阻器接线“一上一下”,据此判断甲图中接线是否正确;
(2)根据实物图画出电路图;
(3)首先根据丙图读出电流表的示数,然后根据
计算出电阻;
(4)分析各个选项中的故障,将可能出现的现象与实际现象比较,哪个相符,哪个就是正确选项。
【解答】
(1)分析甲图可知,电压表应该只与电阻并联,不应该与开关和电阻两个并联。
将电阻右端和开关相接的线头拆下,接在开关右侧的接线柱上即可。
如下图:
(2)根据实物图可知,电流从正极出发,依次经过变阻器、开关、电流表流回电源负极,电压表与电阻并联,电路图如下:
(3)根据丙图可知,这时电流为1.7A,那么电阻R的阻值为:
;
(4)A.如果电阻R接线短路,那么电压表被短路,它的示数为0,而电流表正常偏转,故A正确;
B.如果电阻R短路,那么电压表的示数接近电源电压,电流表的示数为0,故B错误;
C.如果电源接触不良,那么电压表和电流表都没有示数,故C错误;
D.如果电流表接线短路,那么电流表的示数为0,故D错误。
故选A。
故答案为:
(1)同解析;
(2)同解析;(3)1Ω;(4)A
【考点2】小灯泡额定功率探究
【例2-1】在测量小灯泡电功率的实验中,电源电压恒为6V,小灯泡的额定电压为25V,正常发光时灯丝电阻约为10Ω,所用滑动变阻器的最大阻值为40Ω。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲的实物图连接完整,要求滑动变阻器滑片P向右移动时小灯泡变亮。
(2)正确连接电路后,闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数,原因可能是________。
(3)另有一只额定电流为0.2A的小灯泡,小黄设计了图乙所示电路测量其额定功率。
【实验步骤】
①闭合开关S1,开关S2接b,R1阻值调到0,电流表的示数为0.3A
②将R1阻值调到最大,闭合开关S1,S2接a,再调节R1使电流表示数为0.2A
③保持R1的阻值不变,闭合开关S1,开关S2接b,电流表的示数为0.15A。
已知R0=20Ω,根据以上实验数据,可求得该灯泡的额定功率为________。
【答案】
(1)
(2)小灯泡短路(3)0.4W
【解析】【分析】
(1)在测量小灯泡电功率的实验中,除了电压表与灯泡并联外,其它都是串联,注意电表的量程和接线柱的选择,注意滑动变阻器“一上一下”原则,并根据题目要求判断选择的接线柱;
(2)电流表有示数,说明整个电路是通路而不是断路;由于小灯泡不亮,电压表没有示数,那么可能是小灯泡的位置发生短路;
(3)①闭合开关S1,开关S2接b,R1阻值调到0,电流表的示数为0.3A,根据U总=IR0计算电源电压;
②保持R1的阻值不变,闭合开关S1,开关S2接b,电流表的示数为0.15A,此时变阻器与R0串联,根据
计算出总电阻,再根据R1=R总1-R0计算出这时变阻器接入的阻值;
③闭合开关S1,S2接a,再调节R1使电流表示数为0.2A,此时变阻器与灯泡串联,首先根据
计算出总电阻,然后根据RL=R总2-R1计算灯泡的额定电阻,最后根据PL=IL2RL计算灯泡的额定功率即可。
【解答】
(1)滑动变阻器的滑片P向右移动时灯泡变亮,说明电阻变小,因此变阻器使用的是右下角的接线柱。
根据甲图可知,将电流表的0.6A的接线柱与变阻器的右上方接线柱连接,将变阻器右下角的接线柱与灯泡左边的接线柱连接即可,如下图:
(2)闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数,原因可能是小灯泡短路。
(3)①闭合开关S1,开关S2接b,R1阻值调到0,电流表的示数为0.3A,
电源电压U总=IR0=0.3A×20Ω=6V;
②保持R1的阻值不变,闭合开关S1,开关S2接b,电流表的示数为0.15A,此时变阻器与R0串联,
总电阻
;
那么此时变阻器接入的阻值为:
R1=R总1-R0=40Ω-20Ω=20Ω;
③闭合开关S1,S2接a,再调节R1使电流表示数为0.2A,此时变阻器与灯泡串联,
此时的总电阻为:
;
灯泡的额定电阻为:
RL=R总2-R1=30Ω-20Ω=10Ω;
灯泡的额定功率为:
PL=IL2RL=(0.2A)2×10Ω=0.4W。
【变式2-1】小明同学利用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率。
电源电压保持不变,小灯泡的额定电压是2.5V。
(1)连接好电路,闭合开关,小灯泡发光,但电压表示数为0,经检查,图中a、b、c、d四根导线有一根断了,则该导线是________。
(2)排除故障后,实验中小明同学移动滑动变阻器的滑片P到某位置时,电压表示数如图乙所示,若他想测量小灯泡的额定功率,应将图甲中滑片P向________(选填“左”或“右”)端适当移动。
(3)按正确的步骤进行实验,小明进行了三次重复实验,每次电压表的示数均为2.5V,电流表的示数分别为0.30A、0.30A、0.32A,则小灯泡的额定功率为________。
(4)完成实验后,老师告诉同学们,电压表的内阻很大,它并联在电路中时,有极小的电流通过电压表,可以忽略不计,我们就是用上述方法测量小灯泡电功率的,假如考虑了电压表的影响,你们测量的小灯泡额定功率比小灯泡真实的额定功率________(选填“偏大”、“偏小”、“相等”)
【答案】
(1)C
(2)左(3)0.77(4)偏大
【解析】【分析】
(1)电压表的示数为0,那么它与灯泡并联的两根导线可能发生断路,即c或b;小灯泡发光,说明它所在的串联电路是通路,那么导线a、b和d肯定正常,因此断路的导线肯定是c;
(2)在串联电路中,电压的分配与电阻成正比;首先读出电压表的示数,然后与额定电压2.5V比较,确定灯泡电压的变化方向,再根据U总=UL+U变分析变阻器的电压变化方向,最后根据串联电路的电压分配规律判断它的阻值变化即可;
(3)首先求出三个额定电流的平均值,然后根据P=UI计算额定功率;
(4)首先根据并联电路的电流规律判断通过灯泡电流的大小变化,再根据P=UI分析计算出的额定功率的大小变化。
【解答】
(1)连接好电路,闭合开关,小灯泡发光,但电压表示数为0,经检查,图中a、b、c、d四根导线有一根断了,则该导线是c;
(2)根据乙图可知,电压表选择0~3V量程,分度值为0.1V,那么读数为2.2V,如果要电压表的示数变为2.5V,那么电灯泡两端的电压要增大;根据公式U总=UL+U变可知,变阻器两端的电压要变小;根据串联电路的电压分配规律可知,变阻器的阻值要变小,因此滑片P向左移动;
(3)灯泡的额定电流为:
;
灯泡的额定功率为:
P=UI=2.5V×0.31A=0.77W;
(4)电压表与灯泡并联,根据I总=IL+I表可知,通过电流表的电流肯定大于灯泡的额定电流,根据P=UI可知,计算出的功率肯定比灯泡的额定功率偏大。
【变式2-2】小华在做“测量小灯泡电功率”的实验中,实验室有如下器材:
电源(电压恒为6V),小灯泡L(额定电压为2.5V,灯丝电阻约为10Ω),电流表、电压表、开关、规格分别为“10Ω1A”的滑动变阻器R1和“50Ω0.5A”的滑动变阻器R2各一个,导线若干。
(1)请用笔画线代替导线,帮小华同学将图甲中的电路连接完整;
(2)为了顺利完成实验,小华应选用规格为________(填“R1”或“R2”)的滑动变阻器;
(3)分析乙中图像发现小灯泡电阻是变化的,影响其变化的主要原因是________;
(4)小华打算增加一个阻值为150Ω的定值电阻Ro,只利用一只电表,通过操作图中单刀双掷开关(单刀双掷开关分别接“a”、“b”各一次)测量小灯泡的额定电功率,图丙、图丁是他设计的两种不同方案的电路图,则以下判断正确的是 。
A.两种方案都能
B.两种方案都不能
C.丙方案能,丁方案不能
D.丙方案不能,丁方案
【答案】
(1)
(2)R2(3)小灯泡的电阻受温度的影响(4)B
【解析】【分析】
(1)在测量小灯泡功率的实验中,除了电压表与灯泡并联外,其它的都是串联,注意电表的量程和接线柱的选择,以及滑动变阻器接线“一上一下”;
(2)变阻器的最大阻值决定了它的调节能力。
当灯泡正常发光时,根据欧姆定律计算出变阻器接入的最小阻值即可;
(3)灯丝的电阻受温度的影响非常明显;
(4)测小灯泡的额定功率,必须能够通过电路中的电表判断灯泡两端的电压已经达到额定电压才行,据此分析判断。
【解答】
(1)根据甲图可知,灯泡,电流表和电压表没有连接完成。
通过电流的最大电流为:
<0.6A,因此电流表选择0~0.6A的量程,即从“0.6A”接线柱引线与灯泡的左端相接。
因为2.5V<3V,所以电压表选择0~3V的量程,即将电压表“-”与灯泡左端相接,“3”与灯泡右端相接即可,如下图:
(2)变阻器与灯泡串联,当灯泡正常发光时,
通过电流为:
;
变阻器两端的电压为:
U变=U总-UL=6V-2.5V=3.5V;
变阻器接入的电阻为:
;
因此小华应该选用变阻器R2;
(3)分析乙中图像发现小灯泡电阻是变化的,影响其变化的主要原因是小灯泡的电阻受温度的影响;
(4)在丙图中,当开关分别接a和b时,灯泡两端的电压会发生变化,因为无法确定何时灯泡正常发光;在丁图中,如果将电压表与灯泡并联,测灯泡的电压,那么让开关接a,当电压表的示数等于2.5V时,再开关接b,此时电压表示数为R0与灯泡的总电压U总;利用U0=U总-2.5V计算出R0的电压,再根据
计算出灯泡的额定电流,最后根据P=UI计算额定功率。
而现在电压表与R0并联,无法测出,故B正确,而A、C、D错误。
故选B。
【考点3】焦耳定律探究
【例3-1】某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关进行了研究。
装置如图,2只烧瓶内装满煤油,瓶塞上各插1根玻璃管,瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙。
猜想一:
电热跟电流的大小有关,电流越大电热越多;
猜想二:
电热跟导体的电阻大小有关,电阻越大电热越多。
为验证猜想一,设计以下方案:
①将电阻丝R甲和R乙串联在电路中,标出2根玻璃管内液面的位置,闭合开关记下电流表的读数l1,经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置;
②当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后,减小滑动变阻器的阻值,闭合开关记下电流表的读数l2,经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。
请回答下列问题:
(1)为使实验现象明显,经常会采用转换或放大的思想。
为比较电热丝产生热量的多少,实验中体现这些思想的设计有________(写出一条即可)。
(2)为验证猜想一,必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度,原因是________。
(3)科学研究倡导有依据的猜想,请说出生活中支持猜想二的一个实例:
________ 。
【答案】
(1)通过玻璃管内液面上升的高度来反映电热丝产生热量的多少(其它合理也给分)
(2)保持前后两次电阻的大小相同
(3)电水壶中的发热体放热比连接电水壶的导线放热多(其它合理也给分)
【解析】【分析】
(1)热量看不到,摸不着,且没有测量仪器将它准确的测量出来,但是可以借助玻璃管内液面的高度变化判断吸热的多少,这种方法叫转换法;
(2)电流产生的热量与电流大小和电阻、时间有关;要探究电热与电流的关系,就必须控制电阻和时间相同;
(3)电水壶和导线串联,电饭锅也和导线串联,这时电流相同,当水烧开,饭蒸熟时,导线几乎没有发热,因此可以猜想电热与导体电阻大小有关。
【解答】
(1)为使实验现象明显,经常会采用转换或放大的思想。
为比较电热丝产生热量的多少,实验中体现这些思想的设计有:
通过玻璃管内液面上升的高度来反映电热丝产生热量的多少;
(2)为验证猜想一,必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度,原因是保持前后两次电阻的大小相同;
(3)科学研究倡导有依据的猜想,生活中支持猜想二实例:
电水壶中的发热体放热比连接电水壶的导线放热多。
【变式3-1】小红和小明分别用下图所示的装置,探究电流一定时,电流产生的热量与电阻的关系。
他们分别将两段阻值不同的电阻丝(R1<R2)密封在完全相同的烧瓶中,并通过短玻璃管与气球相连。
(设他们所用的各种同类器材性能相同)
(1)在这个实验中电流产生热量的多少是通过什么现象体现出来的?
________
(2)他们同时开始进行实验,在a、b、c、d四个气球中,鼓起来最快的是________。
(3)小红和小明的实验方案中有一个是错误的,是哪一个?
________为什么?
________。
【答案】
(1)气球膨胀大小
(2)气球膨胀大小(3)小明;未做到电流相同
【解析】【分析】
(1)该实验中采用转换法和控制变量法;通过气体膨胀大小来判断产生热量的多少;
(2)利用焦耳定律和Q=U2Rt,分析小红和小明方案中产生热量最多的烧瓶,即可知道四个气球中鼓起来最快的;(3)使用控制变量时不能有两个变量。
【解答】
(1)该实验中采用了转换法,即电流产生热量的多少是通过气球膨胀大小来体现的;
(2)小红的方案中两电阻串联,通过电流和通电时间相同,R1<R2,根据公式Q=I2Rt,b鼓起的最早;小明的方案中两电阻并联,两端的电压和通电时间相同,R1<R2,根据公式Q=
,所以C鼓起的最早,b与c相比较,c电阻两端的电压大于b中电阻两端的电压,且c的电阻小于b的电阻,因此,c中的电流会大于b中的电流,由焦耳定律Q=I2Rt可知,c比b先鼓起;
(3)小明的方案中,两电阻的阻值和电流不同,两个变量无法探究电流产生的热量与电阻的关系。
故答案为:
(1)气球膨胀大小;
(2)c;(3)小明;未做到电流相同。
【变式3-2】如图是探究“电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关”的实验电路(烧瓶、煤油质量和玻璃管均相同)。
瓶中的电阻采用金属丝。
(1)完成电路的连接,要求滑动变阻器滑片向左移动时,电流表示数变小。
(2)实验中,通过观察________来判断电流通过导体产生热的多少。
(3)在电流与通电时间相同的条件下,选用长度和横截面积都相同的两种材料进行实验,为了使实验现象最明显,可以选用表中的铜与________进行对比。
材料
铜
铝
钨
镍铬合金
电阻(欧)
0.0175
0.029
0.053
1.0
(4)要进一步探究导体产生的热的多
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