資源簡介

第2節 探究歐姆定律實驗
實驗探究 —— 學科核心素養提升
【圍繞課標】
知識線：實驗導航
實驗:探究電流與電壓、電阻的關系(2020.19,2017.19)
實驗主題 探究電流與 電壓的關系 探究電流與 電阻的關系
實驗器材 電源、開關、導線、電流表、電壓表、滑動變阻器、定值電阻
電路圖
控制變量 控制電阻不變 控制定值電阻兩端的電壓不變
滑動變阻 器的作用 改變定值電阻兩端的電壓 控制定值電阻兩端的電壓不變
實驗圖像
實驗結論 當電阻一定時,電流和電壓成　　　　　　 當電壓一定時,電流和電阻成　　　　　　
知識線：實驗母題
探究電流與電阻的關系時,可供實驗器材有:三節新的干電池(電壓為4.5 V)、電流表、電壓表、滑動變阻器(標有“20 Ω　2 A”字樣),定值電阻5個(5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、50 Ω),開關一個,導線若干。小靜等同學設計了如圖甲所示的電路圖。
甲
　
乙 丙
證據
(1)請用筆畫線代替導線將圖乙中的實物電路連接完整,要求滑片向右移動時電阻變大。
(2)閉合開關,電流表無示數,電壓表有示數,并接近電源電壓,則故障原因是　　　　　　。
解釋
(3)排除故障后,將定值電阻由5 Ω更換為10 Ω時,應向　　　　　　(選填“左”或“右”)適當調節滑動變阻器的滑片,使電壓表示數保持不變。
(4)圖丙是根據實驗數據畫出的定值電阻的I-R圖像,其中陰影部分面積表示的物理量是　　　　　　,其數值為　　　　　　。
交流
(5)實驗中,在接入50 Ω的定值電阻后,小靜同學無論怎樣移動滑片,都不能使電壓表示數達到原來的數值,為了能完成這次實驗,小靜采取的措施可行的是　　　　　　。(多選)
A.調高電源電壓
B.更換一個最大阻值為30 Ω的滑動變阻器
C.再串聯一個10 Ω的電阻
D.將電壓表改接到滑動變阻器兩端
(6)下列圖像中能大致反映本實驗中各物理量之間關系的是　　　　　　。
A.電流表示數I與R阻值的關系
B.電壓表示數U與R阻值的關系
C.變阻器接入電路的阻值RP與R阻值的關系
D.電阻的功率PR與R阻值的關系
真題精粹——河南6年真題精選及真題百變
考向1探究電流與電壓關系　
1.(2024·河南)小華用圖1所示的電路探究電流與電壓、電阻的關系。電源電壓恒為4.5 V,滑動變阻器最大阻值為20 Ω。
　　　　　　　　　　圖1
　　
圖2 圖3
圖4
(1)她先用阻值為10 Ω的定值電阻探究電流與電壓的關系。
①圖1是根據設計的電路圖連接的實物電路,請在虛線框中畫出該電路圖。
②閉合開關前,應將滑動變阻器的滑片移到最右端,否則,閉合開關時　　　　　　(選填“電流表”或“電壓表”)指針的偏轉可能超出所用量程。
③閉合開關,移動滑片,記錄了如表數據。第5次的電壓表和電流表的示數如圖2、3所示,請將示數填入表中。
實驗次數 1 2 3 4 5
電壓U/V 1.6 2.0 2.2 2.4 a.　　　　　　
電流I/A 0.16 0.20 0.22 0.24 b.　　　　　　
④請在圖4中描出表中各組數據對應的點,并根據描出的點畫出I-U圖像。
⑤分析表中數據或圖像的特點,可得出:電阻一定時,電流與電壓成正比。得出此結論的理由是　　　　　　。
(2)接下來,她用原電路探究電壓一定時,電流與電阻的關系。先調節滑片,使電壓表示數為2 V,記錄電流表示數;然后斷開開關,將10 Ω電阻依次換成5 Ω、15 Ω電阻,閉合開關,移動滑片,使電壓表示數仍為2 V,記錄電流表示數。當換成20 Ω電阻后,發現電壓表示數始終不能為2 V,為了完成實驗,下列方案可行的是　　　　　　(填字母代號)。
A.換用電壓為6 V的電源
B.把電壓表改接為0~15 V量程
C.在開關與滑動變阻器之間串聯一個10 Ω的電阻
2.(2020·河南)某實驗小組探究電流與電壓和電阻的關系。實驗中電源電壓恒為3 V,滑動變阻器最大阻值為20 Ω。
(1)他們先用5 Ω的定值電阻探究電流與電壓的關系,實驗電路圖如圖甲所示。
①請根據圖甲的電路圖把圖乙的實物電路連接完整。
②連接完畢后,小麗建議要對電路進行檢查后再閉合開關,請你提出其中一項需要檢查的內容:　　　　　　。
③檢查完畢后,閉合開關,調節滑動變阻器,記錄了5組數據。測第6組數據時,電壓表的示數為2.6 V,電流表的示數如圖丙所示。請在圖丁的坐標系中描繪出第6組數據對應的點,并根據描出的6個數據點畫出定值電阻的I-U圖像。
④分析I-U圖像可得出結論:在電阻一定時,　　　　　　。
⑤為了使結論具有普遍性,還應進行的操作是　　　　　　。
(2)接著他們在原有5 Ω定值電阻的基礎上,又準備了阻值為10 Ω、15 Ω、20 Ω的三個定值電阻,以探究電壓一定時電流與電阻的關系。為了控制電壓不變,每次更換定值電阻后需要調節滑動變阻器,使定值電阻兩端的電壓達到相同的值。這個電壓控制在多少合適呢 實驗小組的同學分別提出了0.5 V、1 V和2 V三個電壓值,為使實驗順利進行,大家進行了分析與討論,你認為應選這三個電壓值中的　　　　　　V。
考向2探究電流與電阻關系　
3.(2017·河南)在“探究電流與電阻的關系”的實驗中,小強選用了4 Ω、8 Ω、10 Ω、20 Ω四個定值電阻,電源電壓恒為3 V。
(1)請按如圖甲所示的電路圖,將實物圖乙連接完整。
(2)閉合開關,發現電流表無示數,移動滑動變阻器的滑片,電壓表示數始終接近電源電壓,造成這一現象的原因可能是　　　　　　。
(3)排除電路故障后,閉合開關,移動滑片,當選用4 Ω 的電阻時,電流表示數如圖丙所示,記為　　
　　　　A;以后每更換一個阻值更大的電阻后,閉合開關,應將滑動變阻器的滑片向　　
　　　　(選填“A”或“B”)端移動,使電壓表的示數為　　　　　　V,同時記下對應的電流值。
(4)根據實驗數據,小強作出了如圖丁所示的I-R圖像,由于此圖線為曲線,小強認為不便直觀判斷I與R的定量關系,于是對圖像中的坐標進行了巧妙變換,從而直觀判斷出了I與R的關系。你認為小強的改進方法是　　　　　　。
【參考答案】
實驗探究
圍繞課標
知識線　實驗導航
正比　反比
考點線　實驗母題
(1)如圖所示:
(2)定值電阻斷路
(3)右
(4)電阻兩端的電壓　3 V
(5)BC
拓展設問　(6)C
真題精粹
1.(1)①如圖所示:
②電壓表
③2.8　0.28
④如圖所示:
⑤電流與電壓的比為一定值
(2)C
2.(1)①如圖所示:
②滑動變阻器是否在最大阻值處
③如圖所示:
④電流與電壓成正比
⑤更換阻值不同的定值電阻進行多次實驗
(2)2
【解析】(1)①根據電路圖,變阻器左下接線柱連入電路中,電源電壓為3 V,故電壓表選用小量程與電阻并聯;②連接完畢后,小麗建議要對電路進行檢查后再閉合開關,其中一項需要檢查的內容是滑動變阻器是否在最大阻值處;③檢查完畢后,閉合開關,調節滑動變阻器,記錄了5組數據,測第6組數據時,電壓表的示數為2.6 V,電流表的示數如題圖丙所示,電流表選用小量程,分度值為0.02 A,電流為0.52 A,在坐標系中描繪出第6組數據對應的點,并根據描出的6個數據點畫出定值電阻的I-U圖像;④因電流隨電壓的變化圖像為過原點的直線,根據圖像可知,當電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比;⑤為了使實驗結論具有普遍性,我們應該更換阻值不同的定值電阻,多次實驗。
(2)由串聯電路的規律及分壓原理有=,方程左邊為一定值,故右邊也為一定值,當變阻器連入電路的電阻最大時,對應的定值電阻應最大,此時,定值電阻的電壓最小,有=,定值電阻的最小電壓為UV=1.5 V,根據題意,定值電阻只能選擇 2 V的電壓。
3.(1)如圖所示:
(2)電阻R0斷路
(3)0.5　B　2
(4)將I-R圖像的橫坐標R變為(或R-1)
【解析】(1)滑動變阻器要按“一上一下”的方式串聯接入電路,只需將滑動變阻器上面任一接線柱與電阻R0的右接線柱連接即可,電壓表要與電阻R0并聯,由于電源電壓恒為3 V,故電壓表選擇的量程為0~3 V,只需將電壓表的“3”接線柱與電阻R0的右接線柱連接。
(2)閉合開關,發現電流表無示數,說明電路斷路,移動滑動變阻器的滑片,電壓表示數始終接近電源電壓,說明與電壓表并聯部分的電路斷路,即電阻R0斷路。
(3)由題圖丙可知,電流表選擇的量程為0~0.6 A,分度值為0.02 A,此時電流表示數為0.5 A;由歐姆定律得,電阻R0兩端的電壓U0=IR0=0.5 A×4 Ω=2 V,即電壓表示數保持2 V不變;根據串聯分壓規律可知,=,由于電源電壓恒為3 V,電壓表示數保持U0=2 V,每更換一個阻值更大的電阻,滑動變阻器接入電路的阻值也應增大,故應將滑動變阻器的滑片向B端移動,使電壓表的示數為2 V,同時記下對應的電流值。
(4)小強作出了如題圖丁所示的I-R圖像,由于此圖線為曲線,不便直觀判斷I與R的定量關系,根據I==U·可知,電壓不變時,電流I與電阻的倒數成正比,故將橫坐標R變為(或R-1),可直觀判斷出I與R的關系。

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