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第一部分　教材知識(shí)整合
第十三章　電學(xué)微專(zhuān)題
第5節(jié)　伏安法實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1　探究電流與電壓、電阻的關(guān)系
核心實(shí)驗(yàn)·提素養(yǎng)
重慶真題·明考向
核心實(shí)驗(yàn)·提素養(yǎng)
實(shí)驗(yàn) 名稱(chēng) 探究電流與電壓的關(guān)系 探究電流與電阻的關(guān)系
電路圖 　　 　
（A卷近5年2考；B卷近5年3考；2022年版課標(biāo)要求學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)）
電路連接 注意事項(xiàng) (1)連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)該斷開(kāi)；導(dǎo)線不允許交叉。
(2)滑動(dòng)變阻器的接線柱要“一上一下”接入電路中；開(kāi)關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片要移到阻值最大處。
(3)電流表要與被測(cè)電阻串聯(lián)，電壓表要與被測(cè)電阻并聯(lián)，電流必須“正進(jìn)負(fù)出”，并根據(jù)題中所給的各個(gè)元件的規(guī)格、電源電壓
(常見(jiàn)電源電壓：兩節(jié)新干電池組3 V，三節(jié)新鉛蓄電池組6 V)等，選擇合適的電表量程。
(4)所有元件的接線柱應(yīng)擰緊。
(5)在開(kāi)始測(cè)量時(shí)先要進(jìn)行試觸(目的：選擇合適的電表量程)
實(shí)驗(yàn)操 作(控制變量法 的應(yīng)用) 定值電阻的阻值一定，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，改變定值電阻兩端的電壓，進(jìn)行多次測(cè)量，觀察并記錄電表示數(shù) 換用不同阻值的定值電阻，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，保持定值電阻兩端的電壓不變(即電壓表示數(shù)不變)，進(jìn)行多次測(cè)量，觀察并記錄電流表的示數(shù)及對(duì)應(yīng)的定值電阻的阻值
圖像
實(shí)驗(yàn)結(jié)論 在導(dǎo)體電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比 在導(dǎo)體兩端電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比
交流與 反思 (1)實(shí)驗(yàn)中不能用小燈泡替代定值電阻的原因：小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大。 (2)使結(jié)論具有普遍性的操作：更換阻值不同的定值電阻，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn) (1)根據(jù)電源電壓和定值電阻兩端電壓的大小確定滑動(dòng)變阻器最大阻值。
(2)更換阻值更大的定值電阻后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值增大，保持定值電阻兩端電壓不變。
(3)接入的定值電阻不宜過(guò)大的原因：定值電阻阻值太大時(shí)，電流小，電流變化量小，不易發(fā)現(xiàn)電流隨電阻的變化規(guī)律
　　　實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)想探究“電流與電壓、電阻的關(guān)系”，所選擇的器材有新干電池兩節(jié)，5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω的定值電阻各一只，“20 Ω　1 A”的滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、開(kāi)關(guān)各一只，導(dǎo)線若干。
提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)
電壓是產(chǎn)生電流的原因，由此可以猜想：電壓越高，電流可能越大。那么，通過(guò)導(dǎo)體的電流與加在它兩端的電壓存在怎樣的定量關(guān)系呢？
例
基礎(chǔ)設(shè)問(wèn)
設(shè)計(jì)方案、收集證據(jù)
實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示電路進(jìn)行探究。
(1)請(qǐng)你在圖甲中用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將電路連接完整(要求導(dǎo)線不能交叉，滑片向右移動(dòng)時(shí)電流表示數(shù)變大)。
甲
如答圖1所示。
答圖1
(2)閉合開(kāi)關(guān)前要將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最____(選填“左”或“右”)端。
(3)小明連接完電路閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖乙所示，可能的原因是__________________________。
(4)排除故障后，實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示，其中第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓表示數(shù)如圖丙所示，為_(kāi)____V。要增大定值電阻兩端的電壓，應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器的滑片向____(選填“左”或“右”)移動(dòng)。
左
電流表正、負(fù)接線柱接反了
1.5
右
(5)請(qǐng)你根據(jù)表格數(shù)據(jù)在圖丁方格中建立有關(guān)坐標(biāo)系、制定標(biāo)度，并描點(diǎn)畫(huà)出相應(yīng)的曲線。
實(shí)驗(yàn)次序 1 2 3 4 5 6
電阻R/ Ω 10
電壓U/V 1 1.2 1.8 2.4 2.8
電流I/A 0.10 0.12 0.15 0.18 0.24 0.28
丁
如答圖2所示。
答圖2
得出結(jié)論、作出解釋
(6)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖像分析，可初步得出結(jié)論：______________________
________________________________。
交流合作、評(píng)估反思
(7)實(shí)驗(yàn)完成后，小組成員間進(jìn)行了討論。他們認(rèn)為本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)論可能會(huì)有一定的局限性，為了使結(jié)論更具有普遍性，你的建議是____________
_______________________。
導(dǎo)體電阻一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)
體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比
更換阻值不同
的定值電阻，多次實(shí)驗(yàn)
(8)(橫向?qū)嶒?yàn)對(duì)比復(fù)習(xí))利用圖甲(已連接完整)的實(shí)驗(yàn)電路，還可以完成下列哪個(gè)實(shí)驗(yàn)探究____(填序號(hào))。
A．測(cè)量未知電阻的阻值
B．探究串、并聯(lián)電路電流的規(guī)律
C．探究串、并聯(lián)電路電壓的規(guī)律
A
(9)(橫向?qū)嶒?yàn)　拓展——探究電流與電阻的關(guān)系)小明利用如圖甲所示電路(已連接完整)繼續(xù)“探究電流與電阻的關(guān)系”。
①他首先把5 Ω電阻接入電路，移動(dòng)滑片置于阻值最大處，閉合開(kāi)關(guān)，緩慢移動(dòng)滑片，直到使電壓表示數(shù)為1 V，接下來(lái)用10 Ω的電阻代替5 Ω的電阻做實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將滑片從上一位置向____(選填“左”或“右”)滑動(dòng)，使電壓表示數(shù)保持不變。
②他又分別將15 Ω和20 Ω的電阻接入電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)無(wú)法將電壓表示數(shù)調(diào)節(jié)到1 V。為了用以上四個(gè)電阻都能完成實(shí)驗(yàn)，定值電阻兩端電壓應(yīng)該不低于_____V。
能力設(shè)問(wèn)
左
1.5
(10)(方案改進(jìn))在“探究電流與電阻關(guān)系”時(shí)，用電阻箱代替定值電阻做實(shí)驗(yàn)的好處是______________________。
不需要多次改接電路
探究電流與電壓、電阻的關(guān)系 (A卷近5年2考；B卷近5年3考)
1．(2020·重慶A卷16題8分)圖甲是“探究電流與電壓關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)電路，三個(gè)小組的同學(xué)分別用5 Ω、10 Ω、15 Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
(1)請(qǐng)用筆畫(huà)線代替缺少的2根導(dǎo)線，將圖甲的電路連接完整(要求：導(dǎo)線不能交叉，滑片P向B端移動(dòng)時(shí)，電路中的電流變大)。
重慶真題·明考向
命題點(diǎn)
如答圖所示。
(2)正確連接電路，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P，發(fā)現(xiàn)電流表無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)，可能的故障是定值電阻R______(選填“斷路”或“短路”)；排除故障后，緩慢移動(dòng)滑片P到某位置時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為_(kāi)____V。
斷路
1.8
(3)將不同小組的數(shù)據(jù)匯總后，得到下表的數(shù)據(jù)，分析可得：在導(dǎo)體電阻一定的情況下，通過(guò)導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體兩端的電壓成____比。
R1 5 Ω
U/V 0.8 1.0 1.5 2.0
I/A 0.16 0.20 0.30 0.40
R2 10 Ω
U/V 1.2 1.8 2.2 2.6
I/A 0.12 0.18 0.22 0.26
R3 15 Ω
U/V 1.5 1.8 2.1 2.4
I/A 0.10 0.12 0.14 0.16
正
(4)在進(jìn)一步探究“電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中：
①若保持定值電阻兩端的電壓為1.5 V不變，在表格中的數(shù)據(jù)中有___組可用于分析。
②為得到更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，老師給每個(gè)小組再次提供一個(gè)30 Ω的定值電阻R0，某小組在實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片P都不能將R0兩端電壓調(diào)為1.5 V。其原因是滑動(dòng)變阻器的最大阻值太____(選填“大”或“小”)，該小組所使用的滑動(dòng)變阻器的規(guī)格可能是____(填序號(hào))。
A．10 Ω　3 A　B．20 Ω　2 A　C．50 Ω　1 A
2
小
B
2．(2024·重慶B卷16題8分)小超和實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)利用如圖甲所示電路“探究電流與電阻的關(guān)系”，電源電壓恒定，有5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值電阻各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“10 Ω　1 A”。
(1)請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將圖甲的電路連接完整。
如答圖所示。
(2)連接電路前發(fā)現(xiàn)電壓表指針如圖乙所示，則需要對(duì)電壓表______。連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)______，將滑動(dòng)變阻器的滑片P移至____(選填“A”或“B”)端。
(3)電路連接完成后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，電流表無(wú)示數(shù)，可能是定值電阻發(fā)生了______。
調(diào)零
斷開(kāi)
B
斷路
(4)排除故障后，當(dāng)接入5 Ω的定值電阻，調(diào)節(jié)滑片P使電壓表示數(shù)達(dá)到所要控制的電壓U1時(shí)，電流表指針如圖丙所示，其示數(shù)為_(kāi)____A。更換為10 Ω的電阻繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)變阻器調(diào)到最大阻值時(shí)才能使電壓表示數(shù)達(dá)到U1，則電源電壓為_(kāi)__V。
0.4
4
(5)當(dāng)更換為20 Ω的電阻時(shí)，為了順利完成實(shí)驗(yàn)，需要換用最大阻值至少為_(kāi)___Ω的滑動(dòng)變阻器。
20
(6)(2022·重慶B卷)另一組的同學(xué)也按圖甲連好完整的電路后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表、電壓表均無(wú)示數(shù)。請(qǐng)你寫(xiě)出一種用所給器材檢測(cè)故障位置的方法：__________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
取一只電壓表，先將電壓表并聯(lián)在電源兩端，以判斷電源是否損壞，然后將電壓表的正接線柱接到電源的正極，用負(fù)接線柱依次試觸各接線柱，當(dāng)電壓表示數(shù)接近電源電壓時(shí)，則故障在電壓表的正、負(fù)接線柱之間，然后再將電壓表的負(fù)接線柱接到電源負(fù)極，用正接線柱依次試觸各接線柱，當(dāng)電壓表示數(shù)接近電源電壓時(shí)，則故障在電壓表的正、負(fù)接線柱之間，從而確定具體故障所在的位置(合理即可)　
3．(2024·重慶A卷17題8分)小吳同學(xué)利用圖甲中的器材探究通過(guò)導(dǎo)體A、B中的電流與其兩端電壓的關(guān)系，其中電源電壓可調(diào)。
(1)連接好如圖甲所示電路，試觸開(kāi)關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表無(wú)示數(shù)，電壓表指針偏轉(zhuǎn)到最大值，原因可能是導(dǎo)體A發(fā)生______。排除故障后，閉合開(kāi)關(guān)S進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，某次實(shí)驗(yàn)時(shí)電流表如圖乙所示，示數(shù)為_(kāi)____A。
斷路
0.2
【解析】試觸開(kāi)關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表無(wú)示數(shù)，則電路發(fā)生斷路，電壓表指針偏轉(zhuǎn)到最大值，說(shuō)明電壓表外側(cè)電路正常，則原因可能是導(dǎo)體A發(fā)生斷路。如題圖乙所示，電流表的量程為0～0.6 A，分度值為0.02 A，示數(shù)為0.2 A。
(2)多次改變導(dǎo)體A兩端的電壓，并記錄對(duì)應(yīng)的______。換用導(dǎo)體B重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制圖像如圖丙所示。分析圖像發(fā)現(xiàn)，同一導(dǎo)體兩端的電壓與通過(guò)電流的比值是______的，因此將這個(gè)比值定義為導(dǎo)體的電阻。
電流
相同
【解析】探究電流與電壓關(guān)系時(shí)，采用控制變量法，需要保持電阻的阻值不變，多次改變導(dǎo)體A兩端的電壓，并記錄對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)。由題圖丙可知，導(dǎo)體A兩端的不同電壓與對(duì)應(yīng)電流的比值為5 Ω，導(dǎo)體B兩端的不同電壓與對(duì)應(yīng)電流的比值為10 Ω，分析數(shù)據(jù)可知，同一導(dǎo)體兩端的電壓與通過(guò)導(dǎo)體的電流的比值是相同的。
(3)根據(jù)電阻定義可知導(dǎo)體B的阻值為_(kāi)___Ω。在工程技術(shù)
中用不同顏色的環(huán)對(duì)電阻進(jìn)行標(biāo)記，阻值是兩位數(shù)以?xún)?nèi)的
電阻可以根據(jù)前兩環(huán)的顏色來(lái)判斷阻值，色環(huán)含義及導(dǎo)體
A、B的色環(huán)如圖丁所示，若還需用到一個(gè)15 Ω的電阻，
應(yīng)選用圖戊中電阻____(選填“D”“E”或“F”)。
10
E
(4)小欣同學(xué)用上述器材“探究導(dǎo)體中電流與電阻的關(guān)系”，保持電源電壓不變，為了精確控制導(dǎo)體兩端的電壓，于是串聯(lián)接入滑動(dòng)變阻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
①電路中接入15 Ω的電阻，使電阻兩端電壓達(dá)到某一固定值，測(cè)出電流。
②將15 Ω的電阻替換為B，要使B兩端電壓達(dá)到固定值，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值應(yīng)比前次實(shí)驗(yàn)____(選填“大”或“小”)。
小
③將電阻B替換為A再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示，交流時(shí)小欣發(fā)現(xiàn)第3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有誤，這是由于接入A后忘記調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，滑片仍在第2次實(shí)驗(yàn)的位置，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值是____Ω。
實(shí)驗(yàn)次序 1 2 3
R/ Ω 15 B A
I/A 0.2 0.3 0.4
10
【解析】②根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知，阻值越大，分壓越多，將15 Ω的電阻替換為B，電阻的阻值減小，分壓變小，要使B兩端電壓達(dá)到固定值，則應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，使滑動(dòng)變阻器的分壓變小，從而使電阻兩端電壓增大為固定值，故滑動(dòng)變阻器接入的阻值應(yīng)比前次實(shí)驗(yàn)更小。③將電阻B替換為A再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，電源電壓不變，滑動(dòng)變阻器的阻值不變，由串聯(lián)電路電壓規(guī)律和題表數(shù)據(jù)可知，第2次的電源電壓U＝UB＋U滑＝I2RB＋I(xiàn)2R滑＝0.3 A×10 Ω＋0.3 A×R滑①，第3次的電源電壓U＝UA＋U滑＝I3RA＋I(xiàn)3R滑＝0.4 A×5 Ω＋0.4 A×R滑②，聯(lián)立①②解得，電源電壓U＝6 V，滑動(dòng)變阻器的阻值R滑＝10 Ω。

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