2023年中考物理復(fù)習(xí)-歐姆定律?？碱}型詳解-兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)

歐姆定律?？碱}型詳解——兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：1.探究電流和電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)；2.探究電流和電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)電路圖均如下所示。一、探究電流和電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)根據(jù)控制變量法原則，保證電阻R不變。實(shí)驗(yàn)步驟：①根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖（滑動(dòng)變阻器位于最大值、開關(guān)處于斷開狀態(tài)）；②閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器到合適位置（方便電壓表和電流表讀數(shù)即可），記錄電壓表和電流表示數(shù)；多次調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記錄3-4組電表數(shù)據(jù)；③整理儀器，處理數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電阻一定時(shí)，經(jīng)過電阻的電流與電壓成正比。二、探究電流與電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)根據(jù)控制變量法原則，保證電阻兩端電壓不變。實(shí)驗(yàn)器材：電源（6V）、開關(guān)、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器（50Ω1A）、定值電阻R（阻值分別為5Ω10Ω20Ω30Ω）。實(shí)驗(yàn)步驟：①根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖（滑動(dòng)變阻器位于最大值、開關(guān)處于斷開狀態(tài)）；②將5Ω電阻連接入電路中，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表為U（此步驟中的U是任意取值，考試中常為2.5V左右）。記錄電流表示數(shù)；③將10Ω電阻接入到電路中，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表回到U（此步驟解釋：當(dāng)電阻R增大時(shí)，則R兩端電壓也增大。但是本實(shí)驗(yàn)要“保證電壓不變”，因此需要移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，目的是使電阻R兩端電壓降到U）。記錄電流表示數(shù)；④將20Ω、30Ω電阻分別依次接入電路，重復(fù)步驟③，并記錄相應(yīng)電表示數(shù)；⑤整理儀器，處理數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電壓一定時(shí)，經(jīng)過電阻的電流與電阻阻值成反比。此兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，得到歐姆定律公式：關(guān)于這個(gè)結(jié)論的一些考點(diǎn)和注意點(diǎn)，詳見《“基礎(chǔ)公式運(yùn)用”的?？碱}型》中的“第1點(diǎn)”和“第2點(diǎn)”講解。本實(shí)驗(yàn)在模擬考試和中考中，考試概率高達(dá)80%。并且出題題型非常固定。具體如下：?？家唬寒?dāng)電阻R由5Ω變?yōu)?0Ω時(shí)，電阻應(yīng)該如何調(diào)節(jié)，才能使電壓表示數(shù)不變當(dāng)電阻R增大時(shí)，則R兩端電壓也增大，即電壓表示數(shù)增大。但是本實(shí)驗(yàn)要“保證電壓不變”，因此需要調(diào)大滑動(dòng)變阻器。此時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓增大，進(jìn)而使電阻R兩端電壓降到U。?？级寒?dāng)電阻R取最大值時(shí)（上述步驟中為30Ω），若發(fā)現(xiàn)無論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，電壓表示數(shù)均無法回到U。應(yīng)該如何解決。方法有四個(gè)，如下：①更換滑動(dòng)變阻器例1.小麗用圖甲的實(shí)驗(yàn)電路來探究“電路中電流與電阻的關(guān)系”，電源電壓恒為6V、阻值不同的定值電阻有四個(gè)（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω)。（1)連接實(shí)物電路后，閉合開關(guān)前，圖中滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)置于______端（選填“c”或“d”)；閉合開關(guān)試觸，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏到零刻度線左邊，如圖乙所示，原因是____________________。（2)將5Ω的電阻接入a、b間，閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑片使電壓表示數(shù)為U0，記錄相應(yīng)的電流值；然后將5Ω的電阻換成10Ω、15Ω的電阻接入a、b間，閉合開關(guān)后，滑片P應(yīng)向_____（選填“c”或“d”)端移動(dòng)，直至電壓表示數(shù)也為U0，記下相應(yīng)的電流值。（3)小麗在換用20Ω電阻做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電阻已經(jīng)損壞，她靈機(jī)動(dòng)，利用現(xiàn)有的幾個(gè)電阻解決了這個(gè)問題。請(qǐng)你寫出小麗的做法：______________________________________。（4)小麗共測(cè)得了4組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并作出了電流與電阻的關(guān)系圖象如圖丙所示，圖中陰影面積的物理意義是_______________，其數(shù)值為_______。（5)根據(jù)題中的數(shù)據(jù)信息，可以計(jì)算得出滑動(dòng)變阻器的最大阻值應(yīng)不小于______Ω。[解答]（1)由圖甲知，滑動(dòng)變阻器的下面接了左邊的c接線柱，在閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片移至最右端即d端，使其阻值最大；當(dāng)閉合開關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針擺動(dòng)出現(xiàn)了如圖乙所示的情況，即電流表指針反向偏轉(zhuǎn)，則他們?cè)陔娏鞅淼氖褂蒙洗嬖诘膯栴}是：電流表正負(fù)接線柱接反了；（2)將5Ω電阻換成10Ω、15Ω的電阻后，定值電阻兩端分壓變大，大于U0，滑動(dòng)變阻器分壓減小，為保持電阻兩端電壓不變，應(yīng)向d移動(dòng)滑片，使滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值增大，減小定值電阻的分壓，直到電壓表示數(shù)為U0；（3)根據(jù)電阻串聯(lián)知，當(dāng)20Ω電阻損壞，可以把5Ω與15Ω的電阻串聯(lián)接入ab間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；（4)根據(jù)畫出I-R圖象（如圖丙)知，圖中陰影面積為長(zhǎng)方形的面積，其面積等于IR，由歐姆定律得，U=IR，陰影面積表示的物理量是電阻兩端的電壓，其數(shù)值為U=IR=0.48A×5Ω=2.4V；（5)電阻兩端的電壓始終保持Uv=2.4V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：U滑=U-Uv=6V-2.4V=3.6V，變阻器分得的電壓為電壓表示數(shù)的1.5倍，根據(jù)分壓原理，當(dāng)接入20Ω電阻時(shí)，變阻器連入電路中的電阻為：R滑=1.5×20Ω=30Ω。故為了完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器的最大阻值應(yīng)不小于30Ω。②調(diào)節(jié)定值電阻兩端電壓U例2.小明做“探究電流與電阻關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)器材有：電源（電壓恒為6V)、定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω、20ω各一只)、滑動(dòng)變阻器（規(guī)格為“30Ω.5A”)、電壓表（0~3V)、電流表（0~0.6A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干。（1)小明連接好如圖甲所示的電路，閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片移到最______（選填“左”或“右”)端，閉合開關(guān)，小明發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)接近電源電壓，可能是定值電阻R出現(xiàn)了______（選填“短路”或“斷路”)故障；（2)排除故障后，多次改變R的阻值，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表示數(shù)保持不變，記下電流表示數(shù)，得到如圖乙所示的電流I隨電阻R的變化圖象；①由圖象可得結(jié)論是：______________________________________；②該實(shí)驗(yàn)采用的研究方法是____________________。（3)為了順利完成本次實(shí)驗(yàn)，則定值電阻兩端的電壓可調(diào)范圍為__________V。[解答]（1)閉合開關(guān)前，為保護(hù)電路，需將滑動(dòng)變阻器的滑片移到阻值最大處，故將滑片移到最左端；閉合開關(guān)后電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的定值電阻發(fā)生了斷路。（2)①由圖乙圖象可知，導(dǎo)體的電阻增大，通過導(dǎo)體的電流減小，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻的乘積保持不變，故可得出結(jié)論：電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與其電阻成反比；②在探究電流與電阻關(guān)系時(shí)控制定值電阻兩端的電壓不變，改變電阻，這應(yīng)用了控制變量法。（3)因?yàn)榇?lián)電路電流相等，所以，當(dāng)定值電阻最大為20Ω時(shí)且滑動(dòng)變阻器的電阻最大時(shí)定值電阻兩端的電壓最小，最小為：，解得UV=2.4V；由于滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“30Ω0.5A”，所以電路的最大電流為0.5A，由歐姆定律，因此定值電阻兩瑞允許的最大電壓：U最大=I最大R1=0.5A×5Ω=2.5V。故定值電阻兩端的電壓范圍為2.4~2.5V。③調(diào)節(jié)電源電壓例3.在探究“電流與電壓的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，器材有：滑動(dòng)變阻器（30Ω2A)、開關(guān)、電源（電壓恒為6V)各-個(gè)，電流表、電壓表各一個(gè)，一個(gè)5Ω定值電阻，導(dǎo)線若干。（1)圖甲是小明連接的實(shí)物電路，圖中有根導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，請(qǐng)你在連接錯(cuò)誤的導(dǎo)線上打“×”并畫出正確的連線。（2)閉合開關(guān)前，小明發(fā)現(xiàn)電流表的指針如圖乙所示，出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象的原因是____________。（3)實(shí)驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，得到的數(shù)據(jù)如表所示，其中第_______組數(shù)據(jù)存在問題，原因是____________________，排除問題數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：____________________________。實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456電壓U/V0.51.01.52.02.53.0電流I/A[拓展]完成實(shí)驗(yàn)后，老師讓小明用該電路繼續(xù)探究“電流與電阻的關(guān)系”，他選了三個(gè)定值電阻（10Ω、20Ω、30Ω)。先將10Ω電阻接入電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表示數(shù)為2.5V；再將10Ω的電阻換成20Ω的電阻，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表的示數(shù)為2.5V，他繼續(xù)換成30Ω的電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器都無法使電壓表示數(shù)為2.5V。為了完成實(shí)驗(yàn)，小明設(shè)計(jì)了兩個(gè)調(diào)整方案，請(qǐng)你幫他填寫完整。A.如果只更換滑動(dòng)變阻器，則更換的滑動(dòng)變阻器最大阻值不小于_______Ω；B.如果只降低電源電壓，他應(yīng)控制電源電壓的范圍是_______V。[解答]（1)原電路中，電壓表連接錯(cuò)誤，電壓表應(yīng)與電阻并聯(lián)，改正后如所示：（2)閉合開關(guān)前，小明發(fā)現(xiàn)電流表的指針如圖乙所示，出現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象的原因是：電流表沒有調(diào)零。（3)變阻器的最大電阻為30Ω，由串聯(lián)電阻的規(guī)律及歐姆定律，電路的最小電流：故第1組數(shù)據(jù)存在問題，原因是電路的最小電流為0.17A，排除問題數(shù)據(jù)，由表中數(shù)據(jù)知，因電壓增大為原來的幾倍，通過的電流也增大為原來的幾倍，可以得出結(jié)論：電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比。[拓展]A.電阻兩端的電壓始終保持Uv=2.5V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：U滑=U-Uv=6V-2.5V=3.5V，變阻器分得的電壓為電壓表示數(shù)的1.4倍，根據(jù)分壓原理，當(dāng)接入30Ω電阻時(shí)，變阻器連入電路中的電阻為：R滑=1.4×30Ω=42Ω，故為了完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，更換的滑動(dòng)變阻器最大阻值不小于42Ω。B.根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理：，方程左邊為一定值，故右邊也為一定值，當(dāng)變阻器連入電路的電阻最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的定值電阻應(yīng)最大，此時(shí)，電源的電壓最大：故U′=5V，故如果只降低電源電壓，控制電源電壓的范圍是2.5~5V。答案：（1)如上所示：（2)電流表沒有調(diào)零：（3)1；電路的最小電流為0.17A；電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比。④電路中串聯(lián)一個(gè)電阻例4.在“探究電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，部分器材選用如下：電壓為6V的電源，標(biāo)有“50Ω，1A”的滑動(dòng)變阻器，阻值不同的定值電阻若干，其他器材，回答下列問題。（1)電路連接時(shí)，開關(guān)應(yīng)_______。（2)閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，電壓表指針超過量程，則故障可能是定值電阻______（選填“短路”或“斷路”)。（3)排除故障后，先將5Ω定值電阻接入電路，在移動(dòng)滑片的過程中，眼睛應(yīng)注意觀察_________（選填“電流表”、“電壓表”或“滑動(dòng)變阻器”)。（4)斷開開關(guān)，取下5Ω的定值電阻，換成10Ω的定值電阻，閉合開關(guān)，應(yīng)移動(dòng)滑片，直至電壓表示數(shù)為______V時(shí)，讀出電流表的示數(shù)。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并繪制成圖乙所示，分析圖像可知：當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成_______。[拓展]當(dāng)將20Ω定值電阻換成30Ω電阻時(shí)，無論怎樣移動(dòng)滑片，都無法保證電壓不變，原因是滑動(dòng)變阻器的最大阻值_______（選填“過大”或“過小”)。為了完成本實(shí)驗(yàn)，可接入定值電阻的范圍為_______Ω到_______Ω（更換電阻時(shí)電表可能重新選擇了量程）。[解答]（1)為保護(hù)電路，電路連接時(shí)，開關(guān)應(yīng)斷開。（2)電流表無示數(shù)，則電路可能斷路，而電壓表指針超過量程，說明電壓表與電源連通，則原因可能是與電壓表并聯(lián)的定值電阻斷路。（3)探究“電流與電阻的關(guān)系”時(shí)要控制定值電阻兩端的電壓不變，將5Ω定值電阻接入電路，在移動(dòng)滑片的過程中，眼睛應(yīng)注意觀察電壓表示數(shù)。（4)探究“電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)控制定值電阻兩端的電壓不變，由圖乙可知，實(shí)驗(yàn)中控制定值電阻兩端的電壓Uv=IR=0.2A×10Ω=2V由圖乙可知，電阻兩端的電壓始終保持：Uv=IR=0.2A×10Ω=……=0.04A×50Ω=2V，為一定值，故由圖像可以得到的結(jié)論是：當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比。[拓展]電阻兩端的電壓始終保持Uv=2V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：U滑=U-Uv=6V-2V=4V，變阻器分得的電壓為電壓表示數(shù)的2倍，根據(jù)分壓原理，當(dāng)接入30Ω電阻時(shí)，變阻器連入電路中的電阻為：R滑=2×30Ω=60Ω，故為了完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取最大阻值至少60