广东省2024年中考物理一轮复习考点探究 学案 第13讲 电学专题（能力微专题3 电阻的特殊测量）（含解析）

第13讲 电学专题（能力微专题3 电阻的特殊测量）
【方法突破】
电路设计 实验步骤及表达式
缺电流表 ①将电压表接在定值电阻R0两端测得U0;②再将电压表接在待测电阻Rx两端测得Ux。 表达式:Rx=R0
①将电压表接在待测电阻Rx两端,只闭合S1,测得Ux;②再闭合S2,将R0短接,测得电源电压U。 表达式:Rx=R0
①先将滑片移至使连入阻值最大(为R0)的一端,记下此时待测电阻Rx两端的电压Ux;②再将滑片滑至使连入阻值最小(为零)的一端,记下此时电压表的读数(总电压)U。 表达式:Rx=R0
①先只闭合S1,记下电压表的示数U0;②再只闭合S2,调节电阻箱,直到电压表示数等于U0;③观察电阻箱几个旋钮的位置,读出电阻箱连入电路的阻值R0。 表达式:Rx=R0
缺电压表 闭合开关S,分别测得已知电阻R0和待测电阻Rx中的电流I0和Ix。 表达式:Rx=
缺电压表 ①闭合开关S1,记录电流表示数I1;②闭合开关S2,记录电流表示数I2。 表达式:Rx = R0
①先将滑片移至使连入阻值最大(为R0)的一端,记下此时电流表示数I1;②再将滑片移至使连入阻值最小(为零)的一端,记下此时电流表的读数I2。 表达式:Rx=R0
①先只闭合开关S1,记录电流表示数I;②再只闭合开关S2,调节电阻箱,直到电流表示数等于I;③观察电阻箱各旋钮位置,读出电阻箱连入电路的阻值R0。 表达式:Rx=R0
【核心演练】
1.小明用一个电压未知但电压恒定的电源、一只电压表、一个滑动变阻器、一个阻值为R0的电阻、两个开关和一些导线设计了如图所示的电路图,测量一额定电压为U额的灯泡正常发光时的电阻,方法如下:
A.按如图所示电路图连接好实物;
B.只闭合S1时,调节滑动变阻器,直到电压表的示数为U额,此时灯泡正常发光;
C.保持滑片P位置不变,断开S1、闭合S2,记录电压表的示数为U0,则I额=I0=;
D.灯泡正常发光时电阻的表达式为R=。
(1)请你根据电路图分析小明的实验步骤,他的实验方法 (选填“对”或“不对”),理由是 。
(2)请你使用原有器材重新设计实验,把你设计的电路图画在上图方框内,并完成实验步骤。
①按上图所示电路图连接好实物;
②　 ;
③　 ;
④小灯泡正常发光时电阻的表达式为R=　　　　。
2.小亮做“测量小灯泡的电阻”实验时,所用器材有电压为6 V的电源,额定电压为2.5 V的小灯泡,以及符合实验要求的滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线。
(1)请你在图甲中用笔画线代替导线,将实验电路连接完整。
(2)小亮连接电路时,刚接好最后一根线,就发现小灯泡发光了,产生这一现象的原因是 。
(3)在改正(2)的错误后,在实验开始前应将滑动变阻器的滑片先调到图甲所示的最 (选填“左”或“右”)端。
(4)小亮滑动滑片P,分别记下了多组对应的电压表和电流表的示数,并绘制了如图乙所示的U-I图像,根据图像提供的信息,小灯泡正常工作时的电阻约为 Ω。
(5)完成上述实验后,小亮进一步思考:只用一只仪表结合已知最大阻值为R滑的滑动变阻器,在不超过2.5 V的恒定电源电压下,不考虑温度对电阻的影响,能否测出小灯泡的阻值呢 于是他设计了两种情况的电路,如图丙、丁所示。其步骤如下:
A.在图丙中将滑动变阻器滑片滑到a端,记下电压表示数Ua,再滑到b端记下电压表示数Ub。
B.小亮通过这两个数据和R滑可计算出小灯泡的电阻R灯1,其表达式为R灯1= 。
C.在图丁中将滑动变阻器滑片滑到a端,记下电流表示数Ia,再滑到b端记下电流表示数Ib。
D.小亮通过这两个数据和R滑也可计算出小灯泡的电阻R灯2,其表达式为R灯2=　　　　。
3.东东同学学习了电学知识以后,选用三节新的干电池作为电源,并设计了如下电学实验。
(1)探究导体中电流与导体电阻的关系。选用的定值电阻的阻值分别是5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω。
①按照图甲所示的电路图,把图乙中实物电路补充完整,使滑动变阻器的滑片向左滑动时,电流表示数增大。
②闭合开关后,东东发现电流表没有示数,电压表有示数,电路中出现的故障可能是 。
③东东排除故障后,把5 Ω 的电阻接入电路,闭合开关,适当调节滑片的位置,电流表的示数如图丙所示,其示数为 A。
④断开开关S,把5 Ω的电阻换成10 Ω的电阻,再次闭合开关后,滑片应向 (选填“左”或“右”)端移动。
⑤在此实验中,滑动变阻器接入电路的阻值范围是 。
(2)东东同学在电源电压未知,并缺少电流表的情况下,设计了如图丁所示的电路图(R0阻值已知),来测量未知电阻Rx的阻值。
①闭合S、S1,断开S2,适当调节滑片的位置,电压表示数为U1。
②闭合S、S2,断开S1,滑动变阻器滑片的位置保持不变,电压表示数为U2。
③未知电阻的阻值Rx= (用字母表示)。
4.图甲为测量定值电阻阻值的电路图,实验仪器如下:两节新的干电池、阻值约为5 Ω的待测电阻、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线等。
(1)请根据电路图甲,将图乙中的实物连接完整。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到 (选填“A”或“B”)端;闭合开关,发现电流表几乎无示数,电压表指针明显偏转,则出现的故障可能是 。
(3)实验过程中获得的数据如下表:
序号 1 2 3 4 5
电压U/V 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0
电流I/A 0.12 0.22 1.8 0.50 0.60
　 第三组的电流数据有误,出现这一错误最可能的原因是: 。
(4)表格中第1组和第5组数据分别是滑片位于滑动变阻器的两个端点时获得的,根据这两组数据可以求得滑动变阻器的最大阻值为 Ω。
(5)若实验中电压表损坏,利用其他的原有器材也能测出未知电阻Rx的阻值,实验电路如图丙所示(滑动变阻器最大阻值为R0,电源电压未知且不变),请将下列相关实验步骤补充完整:
①闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P移到a端,记录电流表示数为I1;
②闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P移到 端,记录电流表示数为I2;
③写出待测电阻的表达式:Rx=　　　　(用已知量和测量量的符号表示)。
5.课外兴趣小组要测量一个未知电阻Rx的阻值,现有下列器材:电源、两个量程均为0~0.6 A的相同电流表A1、A2、一个阻值为9 Ω的定值电阻R0、一个滑动变阻器、开关、导线若干。兴趣小组的同学们开动脑筋,积极思考,设计出了一个测量Rx的方法。
(1)同学们设计出的测量电路图如图甲,请根据电路图把未完成的实物图(图乙)连接线补充完整。
(2)连接好电路,闭合开关S之前,滑动变阻器的滑片应滑到 (选填“a”或“b”)端。
(3)调节滑动变阻器,使两个电流表有一个恰当的读数,如图丙,两表A1、A2的读数分别为I1= A,I2= A。
丙
(4)根据两电流表读数可得出被测电阻Rx= Ω。
(5)调节滑动变阻器,使表A1和A2的读数都变大,为保证表A2不被烧坏,则表A1的读数不能超过 A。
(6)有同学认为,改用图丁也可以测出Rx的值,你认为是否可行 。
丁
6.小明和小华分别设计实验测量阻值约为10 Ω的定值电阻Rx的阻值。
(1)图甲是小明刚连接完成的实验电路图,其中电源电压恒为3 V,滑动变阻器最大阻值为20 Ω。
①小明连接电路时存在的错误或不妥有 。
②改正电路后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,两电表均无示数,小明另找来一只完好的电压表,他将电压表的正接线柱接电源正极,负接线柱依次试触a、b、c、d、e各接线柱,当接触到e时,检查的电压表开始有示数且为3 V,但原来的两电表示数仍为0,则故障原因是接线柱 间出现了 (选填“短路”或“断路”)。
③故障排除后,正确操作。移动滑片,当电压表示数为2.2 V时,电流表示数如图乙所示,则待测电阻Rx= Ω。
(2)图丙是小华设计的测Rx阻值的实验电路图。图中R1为电阻箱,R2为滑动变阻器,要求仅利用电阻箱读数来表示Rx的阻值,请在空白处填上适当内容。
①将开关S接a,调节电阻箱和滑动变阻器滑片P,使电流表示数为I,记下电阻箱阻值为Ra;
②将开关S接b,保持 不变,调节 ,使电流表示数仍为I,记下电阻箱阻值为Rb;
③则Rx= 。
参考答案
1.(1)不对　在实验过程中,会出现电压表正、负接线柱接反的情况
(2)
②只闭合S1时,调节滑动变阻器,直到电压表的示数为U额,此时灯泡正常发光
③保持滑片P位置不变,断开S1、闭合S2,记录电压表示数为U
④
【解析】(1)步骤B中,电流从电压表的下方流入,步骤C中,电流从电压表的上方流入,故在实验过程中,会出现电压表正、负接线柱接反的情况,故他的实验方法不对。
(2)为保证电压表的正、负接线柱不被接反,可设计如图所示电路。
④小灯泡正常发光时电阻的表达式为R===。
2.(1)
(2)连接电路时,开关没有断开
(3)左
(4)12.5
(5)　
【解析】(1)小灯泡的额定电压为2.5 V,故电压表选用小量程与小灯泡并联。
(2)小亮连接电路时,刚接好最后一根线,就发现小灯泡发光了,产生这一现象的原因是连接电路时,开关没有断开。
(3)在改正(2)的错误后,在实验开始前应将滑动变阻器的滑片先调到阻值最大处,即图甲所示的最左端。
(4)根据U-I图像可知,灯在额定电压下的电流为0.2 A
由欧姆定律可得,小灯泡正常工作时的电阻:
RL===12.5 Ω。
(5)图丙中,将滑动变阻器滑片滑到a端,电路为小灯泡的简单电路,电压表测电源电压,则电源电压为Ua,再滑到b端,小灯泡与变阻器的最大阻值串联,电压表测小灯泡的两端电压,即此时小灯泡的电压为Ub,由串联电路电压的规律可知,变阻器两端的电压
U滑=Ua-Ub
由串联电路中各处的电流相等和欧姆定律可得
=
所以R灯1=
图丁中,滑片滑到a端时,电路为小灯泡的简单电路,由欧姆定律可得电源电压
U=IaR灯2　①
再滑到b端,小灯泡与变阻器的最大阻值串联,由欧姆定律和串联电路的规律可知,电源电压
U=Ib(R滑+R灯2)　②
由①②解得:R灯2=。
3.(1)
②定值电阻断路(或电流表短路)　③0.4　④右　⑤6.25 Ω~25 Ω
(2)R0
【解析】(1)①滑动变阻器的滑片向左滑动时,电流表示数增大,即电阻变小,故变阻器左下接线柱连入电路中;
②闭合开关后,电流表没有示数,电压表有示数,电路中出现的故障可能是定值电阻断路(或电流表短路);
③电流表选用小量程,分度值为0.02 A,其示数为0.4 A;
④根据串联分压原理可知,将定值电阻由5 Ω换成10 Ω的电阻,电阻增大,其分得的电压增大;探究电流与电阻的实验中应控制定值电阻两端的电压不变,根据串联电路电压的规律可知,应增大滑动变阻器分得的电压,由分压原理可知,应增大滑动变阻器连入电路中的电阻,所以滑片应向右端移动;
⑤当5 Ω 的电阻接入电路时,最大电流为0.4 A,由串联电路电阻的规律和欧姆定律可知,变阻器连入电路的最小电阻R滑小=-R1=-5 Ω=6.25 Ω;当20 Ω的电阻接入电路时,根据串联电路的规律及分压原理有=,即=,解得R滑大=25 Ω;故在此实验中,滑动变阻器接入电路的阻值范围是6.25 Ω~25 Ω。
(2)在①中,电压表测待测电阻和定值电阻的总电压,在②中,电压表测定值电阻两端的电压,因此时各电阻的大小和电压不变,根据串联电路电压的规律,待测电阻的电压为U1-U2。由分压原理有=,未知电阻的阻值:Rx=R0。
4.(1)
(2)B　Rx断路
(3)电流表选用小量程,却按大量程读数了
(4)20
(5)b　
【解析】(1)电源电压为3 V,故电压表选用小量程与电阻并联,由表中电流大小可知,电流表选用小量程与电阻串联,如图所示。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处的B端;闭合开关,发现电流表几乎无示数,电路可能断路,电压表指针明显偏转,电压表与电源连通,则出现的故障可能是Rx断路。
(3)电阻一定时,电流与其两端电压成正比,由此可知,第三组实验数据错误,根据电流表大小量程之比为5∶1,可知原因是使用小量程,却按大量程读数了。
(4)当滑动变阻器滑片位于最小阻值处时,滑动变阻器接入电路中的阻值为0,电路中的电流达到最大值,为I5=0.6 A,电源电压为3.0 V,则定值电阻的阻值
Rx===5 Ω
当滑动变阻器滑片位于最大阻值处时,滑动变阻器与Rx串联接入电路,电路中电流达到最小值,为I1=0.12 A,则电路中的总电阻
R2===25 Ω
故滑动变阻器的阻值
R'=R2-Rx=25 Ω-5 Ω=20 Ω。
(5)①闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P移到a端,记录电流表示数为I1,此时两电阻并联;
②滑片移到b端,记录电流表示数为I2,此时Rx被短路,只有R0工作;由欧姆定律可知电源电压U=I2R0;
③前两个步骤中,R0两端电压均等于电源电压,R0接入电路的阻值不变,所以通过R0的电流均为I2;根据并联电路电流的特点可得,通过待测电阻的电流Ix=I1-I2,并联电路电压相等,则待测电阻两端的电压Ux=U=I2R0,所以待测电阻Rx==。
5.(1)
(2)b
(3)0.32　0.48
(4)4.5
(5)0.4
(6)可行
【解析】(1)根据图甲可知,Rx与R0并联,待测电阻与A1串联,A2测干路电流,如图所示;
(2)连接好电路,闭合S之前,滑动变阻器的滑片应滑到阻值最大处的b端;
(3)调节滑动变阻器,使两个电流表有一个恰当的读数,如图丙,电流表的分度值均为0.02 A,则A1、A2的读数分别为I1=0.32 A,I2=0.48 A;
(4)根据并联电路电流的规律,通过定值电阻R0的电流:I0=I-Ix=0.48 A-0.32 A=0.16 A
由并联电路电压的规律和欧姆定律可得,并联部分的电压U=U0=I0R0=0.16 A×9 Ω=1.44 V
由欧姆定律可得,被测电阻阻值
Rx===4.5 Ω;
(5)为保证表A2不被烧坏(即干路电流不能超过0.6 A),设表A1的读数(通过Rx的电流)不能超过I',此时通过R0的电流为I0';
并联电路中各支路的电压相等,由欧姆定律可知,在电压相等时,电流与电阻成反比,则
===
所以通过定值电阻的电流为I',由并联电路电流的规律可得I'+I'=0.6 A,解得I'=0.4 A,即表A1的读数不能超过0.4 A;
(6)图丁中,两电阻并联,两电流表分别测两支路的电流,因各支路的电压相等,所以Ux=U=I2R0,Ix=I1,故Rx=,该方法可行。
6.(1)连接电路时开关没有断开,电压表选择的量程太大　d、e　断路　11
(2)滑动变阻器滑片P的位置　电阻箱　Ra-Rb
【解析】(1)①连接电路前应断开开关,电源为两节干电池,电源电压不超过3 V,电压表应根据电源电压选择合适的量程,电压表应选0~3 V的量程接入电路;
②电压表负接线柱依次试触a、b、c、d、e,试触a、b、c、d时都无示数,说明这段电路以外的部分电路断路,当接触到e时,检查的电压表开始有示数且为3 V,但原来的两电表示数仍为0,说明此时电压表串联接入电路,则电路故障为d、e间断路;
③电流表接入电路的量程为0~0.6 A,每一小格表示0.02 A,由图乙可知通过电路的电流为0.2 A,由欧姆定律可得待测电阻Rx===11 Ω;
(2)③串联电路总电阻等于各分电阻之和,则Rx=Ra-Rb,这种实验方法叫等效代替法。
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