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2023暑假初三第十四講：歐姆定律專題四（歐姆定律實驗與電力綜合）
第一課時：歐姆定律實驗
知識與方法清單
目標知識精講
目標1 ： 電阻測量方法
基本方法：伏安法
測定值電阻的阻值：
注意點：（1）連接電路時，開關應_________，滑片移到
__________________；
滑動變阻器的作用：①_____________；②______________________________。
電路故障分析：“電流表無示數電壓表示數約為電源電壓”_____________；“電流表示數較大且移動滑片時電壓表示數為0”______________；“電路中各元件完好，閉合開關時電流表指針幾乎不偏轉，電壓表指針偏轉正常”的原因_________________________。
電壓表與電流表的接法及讀數；
多次測量的目的：_____________________________。
測小燈泡的電阻：
注意點：（1）電路各元件完好，電流表電壓表讀數正常，但閉合開關時燈泡不亮的原因是________________________________；
測出的燈泡電壓______取平均值，原因是________________________________。
目標2 ： 歐姆定律實驗進階
歐姆定律實驗壓軸問題一般問電壓表范圍，電源電壓范圍，允許接入的滑動變阻器類型，定值電阻范圍（探究電流電阻的關系，需要控制電壓不變，所以滑動變阻器定值電阻同時變大同時變小）
①電壓表范圍，利用串聯成正比，當滑動變阻器定值電阻都最小時，電壓表示數等于電源電壓，為此時電壓最大值，當定值電阻滑動變阻器都最大時，電壓表示數最小
②電源電壓范圍：還是利用串聯成正比，當滑動變阻器定值電阻最小時，電源電壓最小，當滑動變阻器定值電阻最大時，電源電壓最大
③滑動變阻器類型：定值電阻最大時，滑動變阻器也最大，利用比例計算
精題精講練
類型一：測電阻實驗
★★（2021秋 興寧區校級期末）測兩個阻值未知的定值電阻R1、R2的阻值。
（1）圖甲是測量R1阻值的實物圖，電源為兩節新干電池；
①用一根導線將電路連接完整（要求滑動變阻器的滑片P向右移時電阻增大，連線不交叉）。
②閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應滑到 　 　（選填“A”或“B”）端；閉合開關，移動滑片P，發現電壓表有示數，電流表無示數，故障可能是R1　 　（選填“開路”或“短路”）。
③排除故障后，閉合開關，移動滑片P，當電壓表示數為1.2V時，電流表示數如圖乙所示為 　 　A，則R1＝　 　Ω。
（2）用圖丙所示的電路測R2的阻值，其中R是電阻箱（阻值可調、可讀），請完成實驗步驟：
①只閉合開關S1、S3，移動滑動變阻器的滑片，使電壓表指針指在合適位置，讀出電壓表讀數為U1，讀出電阻箱的讀數為R；
②只閉合開關 　 　，保持滑動變阻器的滑片位置及電阻箱的阻值不變，讀出電壓表讀數為U2；
③則R2＝　 　（用U1、U2、R表示）。若步驟②中，不小心將滑片向右移動了少許，其它操作正確，則測得R2的阻值比真實值偏 　 　（填“大”或“小”）。
☆☆（2021秋 沙坪壩區校級期中）小西同學手里有一個標有“2.5V”字樣的小燈泡，她想知進小燈泡正常工作時的電阻，于是在實驗家投來一些器材連接了如圖甲所示的實驗電路，電源電壓4.5V恒定不變。
（1）連接電路時，開關應該 　 　；閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應滑到 　 　（選填“A”或“B”）端，起到保護電路的作用。
（2）小西閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發現燈泡不發光，電流表有示數，電壓表無示數，其故障原因可能是 　 　。
A.滑動變阻器接觸不良
B.燈泡開路
C.誤將滑動變阻器的CD接線柱接入電路
D.燈泡短路
（3）小西排除故障后，移動滑動變阻器的滑片到某位置，電壓表的示數如圖乙所示，為了測量小燈泡正常發光時的電阻，她應將滑片P向 　 　（選填“A”和“B”）端移動。
（4）小西根據實驗數據繪制了小燈泡的電流隨其兩端電壓變化關系的圖象如圖丙所示，分析圖象可知，小燈泡正常工作時的電阻是 　 　Ω。從圖象還可看出，小燈泡的阻值是 　 　（選填“變化”或“不變”）的，造成這一現象的原因是燈絲電阻要受 　 　的影響。
（5）小西同學測完燈泡電阻后，想知道一個未知定值電阻Rx的阻值，于是設計了如圖所示的電路，電流表量程符合測量要求，電源電壓恒定不變，實驗步驟如下：
A.接電路圖連接好實驗電路
B.保持開關S2斷開，將開關S1閉合，記錄電流表讀數為0.2A
C.將電阻箱R的阻值調至10Ω，再閉合開關S2，記錄電流表讀數為0.5A
由以上實驗可測出Rx＝　 　Ω。
類型二：歐姆定律實驗進階
★★★（2021秋 武隆區校級期末）現有下列器材：恒定電源（15V）、定值電阻（10Ω、20Ω、25Ω和30Ω各一個）、電流表（0～0.6A）、電壓表（0～15V）、開關、滑動變阻器（100Ω 1A）和導線若干。小王設計了如圖所示的電路圖，探究“電流與電阻的關系”。
（1）小王連接電路后，閉合開關，發現電流表指針偏向零刻度線左側，原因是 　 　，調整好電流表，在移動滑動變阻器的過程中，電流表的示數變大時，電壓表的示數反而減小，你認為出現上述實驗現象的原因是 　 　；
（2）按電路圖改接好電路，當每次更換電阻后，都要移動滑動變阻器的滑片，此時小王眼睛應注意觀察
　 　（選填“電流表”或“電壓表”）示數；
（3）實驗過程中，他先將10Ω的定值電阻接入電路，調節滑動變阻器滑片，使電壓表示數為3V，斷開開關，保持滑片位置不動，直接把R換成用25Ω的電阻接入電路，閉合開關，發現電流表讀數 　 　（選填“大于”、“等于”或“小于”）0.12A，為了繼續完成實驗，他應將滑片向 　 　（選填“左”或“右”）移，直至電壓表示數又為3V。
（4）他將10Ω、20Ω、25Ω三個定值電阻分別接入電路中，正確操作后，記下電流表的示數，分析數據可以得出結論：當電壓一定時，　 　；
（5）接著他又將30Ω的定值電阻接入電路中，閉合開關后，發現無論怎樣移動滑動變阻器滑片，電壓表示數都不能為3V。為順利完成以上所有探究，他設計了如下四個調整方案，你認為不可行的是 　 　。
A.如果只更換定值電阻，則更換的電阻阻值范圍是5Ω～25Ω
B.如果只調整電壓表的示數，則應控制電壓表示數范圍為4V～10V
C.如果只更換滑動變阻器，則更換的滑動變阻器最大阻值不小于120Ω
D.如果只更換電源，則更換的電源電壓范圍是3V～13V
☆☆☆（2021秋 渝中區期末）在研究“導體電流與電阻關系”實驗中，王強同學利用如圖甲所示電路進行實驗。他用阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω的定值電阻和變阻器進行探究，變阻器規格是“10Ω 1A”，電源電壓4.5V并保持不變。
（4）王強同學繼續探究：他用了30Ω的定值電阻代替原來的電阻實驗，發現無論怎樣移動滑片都不能滿足電壓表示數為3V，原因是 　 　；要使電壓表示數保持3V不變，要求變阻器的最大阻值至少為 　 　Ω。
（5）王強想在（2）基礎上，找幾組阻值更大的電阻繼續探究，則選擇的電阻阻值不能超過 　 　Ω。
☆☆☆（2022春 重慶期末）悅悅利用圖甲的電路做“探究電流與電壓關系”的實驗。其中電源電壓恒定不變且滑動變阻器的規格為“20Ω0.5A”。
（4）正確連接電路后，閉合開關，移動變阻器的滑片，某時刻電壓表的示數如圖丙，則電壓表讀數為 　 　V；繼續調節變阻器滑片，進行多次實驗，記錄電流表示數I和電壓表示數U，繪出U﹣I圖像，如圖丁所示。由圖得出的結論是，在導體電阻一定時，通過導體的電流與加在導體兩端的電壓成 　 　（選填“正比”或“反比”）。在實驗過程中，滑動變阻器除了有保護電路的作用，還可以 　 　。
（5）實驗結束后，悅悅想繼續探究電流與電阻的關系，他將電源電壓改為4V且不變，其余連接方式不變。將圖中的定值電阻逐個依次換為5Ω、10Ω、20Ω、30Ω的四個定值電阻，使定值電阻兩端的電壓一直為2V不變。在接入5Ω和10Ω的電阻時，滑動變阻器消耗的功率之比為 　 　。在前三個電阻接入電路并順利完成實驗后，當悅悅把30Ω的電阻接入電路時，無論如何調節滑片，都不能使電壓表的示數達到2V，為了完成實驗，下列操作合理的是 　 　。
A.更換一個最大阻值至少為25Ω的滑動變阻器
B.調高定值電阻兩端的電壓，調節范圍為2.4V～2.5V
C.在完成第四次實驗時在電路中串聯一個定值電阻，串聯定值電阻的范圍為10Ω～30Ω
第二課時：電力綜合
電力綜合問題其實就是電學和力學的互算，抓住中間量找R，通過R的圖像或表格求壓力或電阻變化
類型一：實際生活類
精題精講練
實際生活類
★★★（2022 開州區校級模擬）如圖甲所示，小勇同學設計了一個汽車落水安全裝置并進行了試驗，在汽車的四個門板外側分別安裝一個氣囊，氣囊的觸發由圖乙所示電路中a、b間的電壓來控制，壓敏電阻R1水平安裝在汽車底部A處，R1的阻值隨其表面水的壓力的變化如圖丙所示。某次試驗時：汽車入水前把R2的滑片調到合適位置不動，閉合開關S，電壓表的示數為3V，再把汽車吊入足夠高的長方體水池中緩慢下沉，直到a、b間的電壓等于或大于3V時，氣囊就充氣打開，使汽車漂浮在水中，試驗裝置相關參數如表一所示。
表一：試驗裝置參數。
電源電壓 4.5V
R1接觸水的面積 15cm2
長方體水池底面 積 20m2
（1）求汽車入水前（R1表面受水的壓力為0時）電路中的電流；
（2）當汽車漂浮時，測得水池的水位比汽車入水前上升了8cm（水未進入車內），求汽車受到的浮力；
（3）求氣囊充氣打開時汽車A處浸入水中的深度。
☆☆☆（2020 重慶模擬）物理興趣小組設計了一個便攜式水深測量儀。它主要是由探頭A和控制盒B構成，它們之間用有絕緣皮的細導線相連形成回路，如圖甲所示。其中探頭A是一個底面積為10cm2、高5cm、重2.5N的圓柱體，探頭A的底部為壓敏電阻R（R與水接觸的表面涂有絕緣漆），工作時底部始終與水平面相平，壓敏電阻R隨上表面壓力大小的變化如圖乙所示。A和B間的電路連接關系如圖丙所示，其中電源電壓恒為3V，電流表盤改裝成深度表（導線的重力與體積均不計）。興趣小組的同學將探頭A緩慢放入水中，求：
（1）探頭A有一半體積浸入水中時，R底部受到水的壓強是多少Pa？
（2）探頭A全部浸入水中時，導線對探頭A的拉力是多少N？
（3）將探頭投入看似不深的水平池底，靜止時（R與池底未緊密結合）導線已松弛，電流表示數是0.6A，則表盤0.6A處應該標水的深度值為多少米？
模型類
★★★（2022 南岸區模擬）如圖甲所示，足夠高的柱形容器的底面積為100cm2，里面裝有24cm深的水，上方用一足夠長的細繩吊著質量為0.9kg的長方體物體，其底面積為50cm2，高為20cm。現將細繩掛在彈簧測力計下，初始狀態時，物體的下表面恰好與水面接觸，容器底部是一個壓敏電阻R（上表面與水接觸并涂有絕緣漆，其阻值與受到的水的壓力的關系如圖丙所示）。R所在的電路放在了容器底部，電路圖如圖乙所示，電源電壓18V，電流表的量程0～0.6A，電壓表的量程0～15V，小燈泡上標有“6V 3W”的字樣，且忽略溫度對燈泡電阻的影響。求：
（1）初始狀態下，壓敏電阻的阻值；
（2）手拿彈簧測力計將物體緩慢向下移動，使得物體浸在水中的深度為8cm，則穩定后電路中的電流是多少？
（3）在（2）的基礎上，保持彈簧測力計的位置不動，往容器中加水，為了保證電路的安全，則最多往容器中加入多少kg的水？（彈簧測力計拉力每變化1N，長度變化0.5cm）
☆☆☆（2021秋 涪陵區期末）小明在課外調查中知道，有一類電阻值會隨所受壓力大小改變的元件，通常稱為壓敏電阻，在生產生活中，壓敏電阻有許多實際應用。小明與同學們利用壓敏電阻設計并制作出了一個電子秤，圖甲為其工作原理圖。電路中的R0為定值電阻，R是壓敏電阻，其電阻值隨所受壓力F變化的關系如圖乙所示。他們將電路中電壓表的表盤數值改寫成對應物體質量的數值后，可直接從表盤上讀出所稱量物體的質量。已知電源電壓為6V且保持不變，g取10N/kg，則：
（1）未放物體時，電壓表示數為1V，求R0的阻值；
（2）當所稱量物體的質量為75kg時，求電壓表示數；
（3）若所選電壓表量程為0～3V，求該電子秤的量程。
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大展身手
1．如圖所示，甲是用“伏安法”測量未知電阻Rx的實物電路圖。
（1）請用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整。
（2）閉合開關前，應將滑動變阻器的滑片移到　 　處；閉合開關，發現電流表幾乎無示數，電壓表指針明顯偏轉，則出現的故障可能是Rx　 　。
（3）排除故障后，閉合開關，當滑片移動到某位置時，電壓表示數為2.4V，電流表示數如圖乙所示，其讀數為　 　A，則未知電阻Rx＝　 　Ω。
（4）若實驗中電壓表損壞，利用其它的原有器材也能測出未知電阻Rx的阻值。實驗電路如圖丙所示（滑動變阻器最大阻值為R0，電源電壓未知且不變），請將下列相關實驗步驟補充完整：
①閉合開關S，將滑動變阻器的滑片P移到a端，記錄電流表示數為I1；
②閉合開關S，將滑動變阻器的滑片P移到　 　，記錄電流表示數I2；
③寫出待測電阻的表達式，Rx＝　 　（用已知量和測量量符號表示）
2．某同學想利用圖甲所示電路測量的阻值。
（1）該實驗的原理是　 　（用公式表示）。
（2）根據圖甲電路，連接圖乙的實物圖時，需將導線接到滑動變阻器的　 　（選填“A”或“C”）接線柱。
（3）正確連接電路后，開關S閉合前應將滑片移至滑動變阻器的　 　（選填“A”或“B”）端；閉合開關后，該同學發現，電壓表示數接近電源電壓，電流表無示數，該電路故障可能是　 　。
（4）在實驗過程中，滑動變阻器除了保護電路外，還有一個重要的作用是　 　；如果用兩個定值電阻R1和R2（R1＞R2）替代滑動變阻器，組成如圖丙a、b、c三種電路分別進行實驗，正確測得三組實驗數據并記入表格中，則序號為3的實驗數據應是按照圖丙　 　（選填“a”“b”或“c”）的電路進行實驗測得的。
實驗序號 電壓/V 電流/A 電阻/Ω
1 0.85 0.14 6.07
2 1.21 0.20 6.05
3 2.11 0.35 6.03
3.（2022 九龍坡區模擬）小明用如圖所示的電路探究“電流跟電阻的關系”，實驗器材有：學生電源（4V不變），電流表、電壓表、定值電阻3只（5Ω、10Ω、25Ω各一只），滑動變阻器A（20Ω 1A）、B（50Ω 1A），開關、導線若干。如圖是小明未完成連接的實驗電路。
實驗次數 1 2 3
電阻R/Ω 5 10 25
電流I/A 0.4 0.08
（1）用筆畫線代替導線，完成甲圖中實驗電路的連接，要求滑動變阻器滑片向左移動時，電流表示數增大。
（2）將5Ω的電阻接入電路，閉合開關。移動滑片P發現電壓表有示數，電流表始終無示數，其原因可能是定值電阻 　 　（選填“斷路”或“短路”）；排除故障后，繼續實驗。將10Ω的電阻接入電路中，調節滑動變阻器，使電壓表示數為U0，電流表示數如圖乙，此時電流為 　 　A。
（3）用25Ω的電阻替換10Ω的電阻時，應將滑動變阻器的滑片向 　 　（選填“左”或“右”）移動，使得電壓表的示數為 　 　V；為了利用這3個電阻進行實驗，應當選擇 　 　（選填“A”或“B”）滑動變阻器接入電路。
（4）實驗完畢，小明記錄了如表的數據，由此可以得到結論：導體兩端電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成 　 　比。
（5）利用原有器材繼續進行剛才的探究實驗。在保持上一次實驗中，定值電阻兩端電壓U0不變的情況下，我們可以在該電路兩端加的最大電源電壓為 　 　V。
4．小明同學設計了一款水位報警裝置，如圖甲所示。柱體A與B被輕桿連接于輕質杠桿的C、D兩端（輕質杠桿可繞O點自由轉動），且CO：OD＝1：1，重為10N的柱體A上表面剛好和柱形容器頂部齊平；重為30N的柱體B置于力敏電阻Rx上，B的底面積為100cm2，力敏電阻的阻值Rx隨壓力F的變化關系如圖乙所示，電源電壓恒為4.5V，R0為定值電阻，電流表的量程為0～0.6A，電壓表的量程為0～3V。逐漸向容器中注水至滿，整個過程中，杠桿始終保持水平位置平衡，則：
（1）未注水時，B對Rx的壓強為多少Pa；
（2）當A下表面剛好與水接觸時，電流表示數為0.3A，則定值電阻R0的阻值為多少Ω；
（3）若在電路安全情況下，當水注滿時，其中一電表剛好達到其最大值（報警器發出警報），則A受到的浮力為多少N。
5．如圖所示是小川同學設計的一臺浮力電子秤，其結構由浮力秤和電路兩部分組成，原理如圖所示，小筒底面積為10cm2，高20cm，大桶底面積為60cm2，裝有適量水。P為金屬滑片固定在托盤下面（滑片質量和滑片受到的摩擦力均忽略不計），并隨托盤一起自由滑動，定值電阻R0＝5Ω，AB是一根長為10cm均勻電阻絲，其阻值為10Ω，電源電壓為6V，電流表量程0～0.6A。當托盤不放物體時，P位于R最上端，小筒浸入水中5cm深（稱量過程中大桶水未溢出）。求：
（1）托盤和小筒的總質量；
（2）開關S閉合，此時電路中電流表的示數；
（3）若要保證電路安全，則浮力秤的最大稱量為多少g？

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