第6节 电流与电压、电阻的关系（伏安法测电阻的实验探究） 同步练习（含解析）

2021-2022学年浙教版科学伏安法测电阻的实验探究
一．选择题（共6小题）
1．（2020 常熟某同学利用如图所示的电路做“伏安法测电阻“的实验，已知Rx为待测定值电阻，电源电压恒为6V，滑动变阻器R标有“20Ω1A”字样，实验中他填写的实验数据如表所示，下列说法不正确的是（　　）
序号 1 2 3 4 5
U/V 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
I/A 0.10 0.22 0.29 0.40 0.50
A．第1次实验的数据不是他实验中实际测得的
B．对比第2、3次实验的数据可判定：待测电阻Rx的阻值并非严格不变
C．第4次实验时滑动变阻器接入电路电阻R与待测电阻Rx的阻值之比为1：2
D．为减小实验误差，可利用每次实验测得的U、I求出电阻R，再求其平均值
2．图甲所示，是小军用伏安法测电阻的实验电路图。通过正确的实验操作，他将实验时收集到的数据绘制出电流与电压的关系图象，如图乙所示。已知电源电压8V保持不变，下列说法中正确的是（　　）
A．由图象中数据计算出定值电阻的阻值是10Ω
B．当电压表示数为2V时，定值电阻的功率是4W
C．当电压表示数为2V时，滑动变阻器连入电路中的阻值是10Ω
D．在不拆改电路的情况下，利用图甲所示的电路还可以探究电流与电阻的关系
3．某同学用两节干电池串联起来作电源，做伏安法测电阻的实验，因不慎将电流表和电压表相互接错了，如图所示，则开关闭合后，各仪表将（　　）
A．电流表、电压表均被烧坯 B．电流表、电压表不会被烧坏
C．只有电流表被烧坏 D．只有电压表被烧坏
4．在如图所示的伏安法测电阻实验中，闭合开关S，小明发现电流表有示数，但示数较小，小灯泡不亮。接下来应进行的操作是（　　）
A．更换一个同样规格的小灯泡
B．更换电压表所使用的量程
C．检查电路中是否存在断路故障
D．减小变阻器接入电路的阻值
5．用“伏安法测电阻”的实验中，小雪和晓彤分别选用定值电阻和小灯泡为测量对象，在处理实验数据时，分别画出了U﹣I的图象，如图甲、乙所示。对于图象的分析，以下说法错误的是（　　）
A．由甲图可知，定值电阻的阻值为1Ω
B．由甲图可知，电阻不随其两端的电压和导体中的电流而改变
C．为了减小误差，应该用多次测量的方法，计算小灯泡的电阻
D．由乙图及实验现象可知：小灯泡的电阻随灯丝温度的增加而增大
6．小红设计了测量某定值电阻的阻值实验，通过改变滑动变阻器的电阻大小，测量并记录了多组电压表和电流表的读数，根据表格中记录的数据分析，小红所连接的电路可能是下列电路图中的哪一个（　　）
U/V 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
I/A 0.18 0.21 0.25 0.27 0.30 0.33
A． B． C． D．
　
二．填空题（共5小题）
7．某同学为了测量未知电阻Rx阻值，选择了满足实验要求的实验器材，连接的实验电路如图甲所示。
（1）在闭合开关S前，应使滑动变阻器的滑片P置于　　（选填“左”或“右”）端。
（2）闭合开关S，滑动变阻器滑片P滑动到某一位置时，电压表、电流表的示数如图乙、丙所示，则Rx两端的电压为　　V，通过Rx的电流为　　A，电阻Rx的阻值为　　Ω。
8．某同学按如图方式测量Rx的电阻，实验中他读出电流表示数为0.2A，电压表示数为2.9V，则他测量Rx的值为　　，实验时，若考虑电压表电阻对测量结果的影响，则测量的值比Rx的真实值　　（填“偏大”、“偏小”或“一样大”）。
9．用“伏安法”测量一只小灯泡的电阻。
实验数据表
实验序号 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω
1 1.00 0.14 7.1
2 1.70 0.22 7.7
3 2.50
（1）如图所示是实验电路图，图上的圆圈表示电表，其中a是　　，b是　　。
（2）某实验小组通过改变小灯泡两端的电压，进行了三次测量部分记录见实验数据表。若电压表的示数为2.50V时，电流表的示数如图乙所示，请你填写实验数据表中的两个空格（小数点后位数与已有的物理量位数相同）。
10．在“测量小灯泡灯丝电阻”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，正常发光时电阻大约为10Ω，有两个规格分别为：甲、“10Ω 1A”，乙、“50Ω 2A”的滑动变阻器，电源电压为6V。
（1）连接实物图。
（2）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为　　W，小灯泡正常发光时电阻是　　Ω（结果保留一位小数）。
（3）完成实验后，该组同学又找来了三个不同阻值的电阻代替小灯泡继续“探究电压不变时，电流与电阻的关系”，得到的实验数据如表。该组同学做完第2次实验后，用15Ω的电阻代替10Ω的电阻，闭合开关后，应将滑动变阻器的滑片P向　　（填“A”或“B”）端移动，使电压表的示数为　　V，完成第3次实验。
次数 1 2 3
电阻/Ω 5 10 15
电流/A 0.6 0.3 0.2
11．小杰同学想利用所学知识测量一个阻值未知的定值电阻Rx的阻值。他找来了如下器材：一个电压恒定的电源（电源电压值未知）、一个阻值已知的定值电阻R、一个电压表（量程大于电源电压值）、一个单刀双掷开关和若干导线，设计了如图所示的电路图。实验时，他先将开关S拨至a处，电压表的示数为U；然后将开关S拨至b处，电压表的示数为U1．则开关S拨至b处时，电路中的电流为　　，待测电阻Rx的阻值为　　。
　
三．实验探究题（共4小题）
12．小明同学用“伏安法”测额定电压为2.5V的小灯泡的电阻，实验电路如图甲。
（1）请用笔画线代替导线，在图甲完成实物电路连接（要求：滑动变阻器滑片P向右移动，小灯泡变暗）。
（2）连接好电路，闭合开关，小明发现电压表有示数，电流表无示数，移动滑片P，两表示数均无变化，则故障为　　。小明排除故障后按要求完成实验，并根据实验数据绘制成U﹣I图象，如图乙，则小灯泡正常发光时的电阻为　　Ω。
（3）细心的小明发现实验所得U﹣I图象不是一条直线，其原因是　　。
（4）实验结束后，小华同学想利用此实验器材测量额定电压为3.8V小灯泡的额定功率。但此时他发现电压表损坏了，于是用一个已知阻值为R0的定值电阻，利用图丙电路，也测出了小灯泡的额定功率。请完成下列实验步骤：
①闭合开关S、S1，断开开关S2，移动滑片，使电流表示数为　　；
②闭合开关S、S2，断开开关S1，保持滑片位置不变，读出电流表示数为I；
③灯泡的额定功率P额=　　（用已知量和测量量表示）。
13．小明在学校实验室用伏安法测量电阻的阻值，设计并连接电路如图所示，经实验得到如表表格数据（电源电压U源=3V）。
实验数据记录表
序号 电压表示数U/V 电流表示数I/A 待测电阻Rx/Ω
1 2.0 0.08 25.0
2 1.5 0.13 11.5
3 1.0 0.15 6.7
4 0.5 0.22 2.3
（1）实验中电压表应选取　　V的量程。
（2）数据分析发现，根据实验原理Rx=测得Rx的阻值（如记录表中第四列所示）远超过误差允许范围，产生这一错误的原因是小明在连接电路时　　。
（3）小明认真分析后，认为利用以上数据也可求得待测电阻的阻值，则正确计算待测电阻阻值的表达式为R'x=　　（用U源、U、I）表示，代入数据可得Rx'=　　Ω（计算结果保留1位小数）。
14．小明想利用小红的实验器材测量一未知电阻Rx的阻值，发现电流表已经损坏。聪明的小明利用小红实验中小灯泡的额定电压和测得的额定电流，设计了如图丙所示的电路，测出了电阻Rx的阻值。请你帮助小明补全实验步骤：
（1）闭合开关S，将单刀双掷开关S1拨向触点　　，移动滑动变阻器滑片，　　；
（2）开关S仍闭合，再将单刀双掷开关S1拨向另一触点，应　　（填滑动变阻器滑片位置的变化情况），读出电压表示数为U；
（3）写出Rx的表达式：Rx=　　（用所测物理量和已知量的符号表示）。
15．用“伏安法”测量（约5Ω）阻值实验中。
（1）小张根据提供的实验器材连接了如图甲的实验电路，其中连接错误的元件是　　；
（2）正确连线后，某次测量时电流表的示数为0.4A，电压表的示数如图乙所示，为　　V．则Rx=　　Ω。
（3）小锋同学的电压表坏了，他设计了如图丙的电路图，用一只电流表、一只已知最大阻值为R0的滑动变阻器也能测出Rx的阻值。请将他的实验步骤补充完整：
①根据图丙，正确连接好电路；
②　　；
③　　；
④电阻Rx=　　。（用测量量和已知量的符号表示）
　
2021-2022学年浙教版科学伏安法测电阻的实验探究
参考答案与试题解析
　
一．选择题（共6小题）
1．解：A、由表中数据结合欧姆定律可得，定值电阻R===10Ω，
根据分压原理可知，当滑动变阻器的最大电阻连入电路中时，电压表示数最小，
定值电阻两端的最小电压U最小=×R=×10Ω=2V＞1V，所以第1组数据不是本实验中测得的，故A说法正确；
B、根据I=得，序号“2”的电阻为：R2==≈9.1Ω；序号“3”的电阻为：R3==≈10.3Ω，其他几次的电阻值根据R=计算均为10Ω，由于存在误差，序号“2”和“3”的待测电阻R相差不大，再结合其他数据分析可知该待测电阻是定值电阻，故B说法错误；
C、第“4”次实验中，定值电阻两端的电压为4V，则滑动变阻器两端的电压为U滑=6V﹣4V=2V，滑动变阻器和定值电阻两端的电压之比为2V：4V=1：2，根据U滑：U定=IR滑：IR定=1：2，因为串联电路电流处处相等，故滑动变阻器与待测电阻的阻值之比为1：2，故C说法正确；
D、在测定值电阻的阻值时，由于测量存在误差，通常多次测量几组数据，分别求出电阻值求平均值来减小误差，故D说法正确。
综上所述B符合题意。
故选：B。
　
2解：
A、图中电流随电压的变化关系为一过原点的直线，故电阻为一定值，由图知，当电压为6V时，电流为0.6A，由欧姆定律，R===10Ω，A正确；
BC、甲中两电阻串联，电压表测定值电阻的电压，由图知，电压为2V时，电流为0.2A，定值电阻的功率是：
P=UI=2V×0.2A=0.4W，B错误；
已知电源电压8V，根据串联电路电压的规律及欧姆定律，变阻器连入电路的电阻：
R滑===30Ω，C错误；
D、探究电流与电阻的关系时，要控制电阻的电压不变，记录电流随电阻的变化关系，因只有一个电阻，故无法研究，D错误。
故选：A。
　
3．解：电流表和电压表位置互换后，电压表串联接入电路，由于电压表电阻很大，因此电路中电流就很小，几乎没有电流通过电阻，所以电流表、电压表都不会被烧坏。
故选：B。
　
4．解：闭合开关后，电流表有示数，说明电路是通路，灯泡没坏，也不是断路，
可能是连入电阻太大，电路中电流太小所致，灯泡实际功率太小不足以引起灯泡发光造成的，下一步操作：
移动滑动变阻器滑片，减小变阻器接入电路的阻值，使电路电流变大，灯泡实际功率变大，看灯泡能否发光。
故选：D。
　
5．解：AB、根据图甲可知，电压与电流成正比，因此该电阻为定值电阻，即电阻是导体自身的性质，它不随导体两端的电压和导体中的电流改变而改变，
根据图示可知，当电阻两端电压为3V时，通过的电流为3A，由I=可知，定值的电阻：R==1Ω，故AB正确；
C、测定小灯泡的电阻时，多次测量是为了寻找灯丝电阻与温度的关系，不能求平均值减小误差，故C错误。
D、由乙图可知，电压与电流不成正比，即当灯泡两端电压发光改变时，灯泡的阻值也随之发生变化，且电压变化比电流变化快，因此小灯泡的电阻随灯丝温度的增加而增大，故D正确；
故选：C。
　
6．解：A、中的电压表测得是滑动变阻器两端的电压，当滑动变阻器的阻值变大时，电压表示数变大，而电流表示数变小，与表格提供数据规律不一致，故不符合题意；
B、中的电压表测得是定值电阻两端的电压，当电压表示数变大时，电流表示数也变大，且比值不变，故符合题意；
CD、电压表测电源的电压，示数不变，故C、D不符合题意；
故选：B。
　
二．填空题（共5小题）
7．解：（1）为了保护电路，由图甲知，闭合开关前，应使滑动变阻器的滑片置于最大值左端；
（2）由图甲知，电压表测Rx两端电压，电流表测通过Rx的电流，
由图乙知，电压表使用0～3V量程，分度值0.1V，所以Rx两端的电压为2.5V；
由图丙知，电流表使用0～0.6A量程，分度值0.02A，通过Rx的电流为0.5A；
由I=可得，电阻Rx===5Ω。
故答案为：（1）左；（2）2.5；0.5；5。
　
8．解：电流表示数为0.2A，电压表示数为2.9V，
由欧姆定律I=得，
则未知电阻：Rx===14.5Ω。
电压表与电阻并联，电压表测量值准确，根据并联电路电流的规律，电流表示数大于通过电阻的电流，由欧姆定律I=知，测量值比真实值偏小。
故答案为：14.5Ω；偏小。
　
9．解：（1）电压表与灯并联，电流表与灯串联，a是电压表，b是电流表；
（2）若电压表的示数为2.50V时，电流表的示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.30A，由欧姆定律，电阻为：
R==≈8.3Ω，如下表所示：
序号 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω
1 1.00 0.14 7.1
2 1.70 0.22 7.7
3 2.50 0.30 8.3
故答案为：（1）电压表；电流表；（2）如上所示。
　
10．解：（1）小灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表选用0﹣3V的量程与灯泡并联，灯泡的额定电压为2.5V，正常发光时电阻大约为10Ω，
小灯泡的电流为：I===0.25A，
所以电流表的量程应为0～0.6A，且与灯泡串联，滑动变阻器一上一下的串联在电路中，如下图所示：
；
（2）由（1）知电流表的量程应为0～0.6A，分度值为0.02A，所以其示数为0.24A，
小灯泡的额定功率为：P=UI=2.5V×0.24A=0.6W；
小灯泡正常发光时电阻为：R==≈10.4Ω；
（3）由表中实验数据知，电阻两端的电压为5Ω×0.6A=3V保持不变；为保证电阻两端的电压保持不变，用15Ω的电阻替换10Ω的电阻，闭合开关后，应将滑动变阻器的滑片P向B端移动，使电压表的示数为3V，完成第三次实验。
故答案为：（1）见上图；（2）0.6；10.4；（3）B；3。
　
11．解：他先将开关S拨至a处，为待测电阻的简单电路，电压表的示数为U即为电源电压；然后将开关S拨至b处，两电阻串联，电压表测待测电阻的电压，电压表的示数为U1，由串联电路的规律及欧姆定律，电路中的电流为：I=，由欧姆定律，待测电阻：
Rx===×R。
故答案为：；×R。
　
三．实验探究题（共4小题）
12．解：（1）要求滑片P向右移动，小灯泡变暗，滑动变阻器接入电路的电阻变大，故变阻器左下接线柱连入电路中，如下所示：
（2）正确连接好电路后，闭合开关，电流表无示数，电路可能断路，发现电压表有示数，则电压表与电源连通，移动滑动滑片P两表示数均无变化，则故障原因是小灯泡断路；
由图乙知：当小灯泡正常发光时的电流为0.25A，
由欧姆定律I=知，
小灯泡正常发光时的电阻为：RL===10Ω；
（3）通过图象可以看出灯丝的U﹣I图象不是一条直线，R不是一个定值，是因为灯丝电阻随温度的升高而增大；
（4）由实验电路图可知，测量步骤：
①闭合开关S、S1，断开开关S2，移动滑片，使电流表示数为I1==；
②闭合开关S、S2，断开开关S1，保持滑片位置不变，读出电流表示数为I；
③通过灯泡的电流IL=I﹣I1=I﹣，
则灯泡L的额定功率P=U额IL=3.8V×（I﹣）。
故答案为：（1）见上图；（2）小灯泡断路；10；（3）灯丝电阻随温度的升高而增大；（4）①；③3.8V×（I﹣）。
　
13．解：（1）因为电源电压为3V，所以电压表选用0﹣3V的量程；
（2）由表中数据可知，电压表的示数减小时，电路中的电流增大，且电阻的阻值减小，说明电压表并联在了滑动变阻器两端；
（3）根据串联电路的电压特点，定值电阻两端的电压，Ux=U源﹣U，
由欧姆定律，
定值电阻的电阻值为：
Rx'==，
将1的数据代入本式得，
Rx1'===12.5Ω；
同理可算出2、3、4次实验的电阻分别为11.5Ω、13.3Ω、11.4Ω，
则平均电阻为：≈12.2Ω。
故答案为：（1）0﹣3；（2）电压表并联在了滑动变阻器两端；（3）；12.2。
　
14．解：（1）闭合开关S，将S1拨到触点2，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为U额，此时小灯泡正常发光，电路中的电流I额；
（2）再将开关S1拨到另一触点1，保持滑动变阻器的滑片P位置不动，读出电压表的示数为U；
（3）在（2）中，电压表测灯与未知电阻的总电压，因此时各电阻的大小和电压不变，灯仍正常工作，根据串联电路电压的规律，此时未知电阻Rx的电压为Ux=U﹣U额，此时流过未知电阻Rx的电流为I额，
则Rx的表达式为：Rx=
故答案为：（1）2；使电压表示数为U额；（2）保持滑片P的位置不动；（3）。
15．解：（1）由图知，电压表的正负接线柱接反了；
（2）由图乙知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.2V，
根据I=知，待测电阻为：Rx===5.5Ω；
（3）①根据图丙，正确连接好电路；
②闭合开关S，移动滑片P至B端，记下电流表示数I1；
③移动滑片P至A端，记下电流表示数I2（I1未超过电流表的量程）；
在①中两电阻串联，由电阻的串联和欧姆定律，电源电压：
U=I1（Rx+R0）
在②中为RX的简单电路，由欧姆定律：
U=I2RX，
因电源电压不变，故：
U=I1（Rx+R0）=I2Rx，
Rx的表达式：
Rx=。
故答案为：（1）电压表；（2）2.2；5.5；（3）②闭合开关S，移动滑片P至B端，记下电流表示数I1；③移动滑片P至A端，记下电流表示数I2；④。