2020-2021学年九年级物理19伏安法测电阻同步专题剖析含解析新版教科版

2020-2021学年九年级物理19伏安法测电阻同步专题剖析含解析新版教科版

专题19 伏安法测电阻 ‎【实验目的】‎ 测未知电阻的阻值 ‎【设计并进行实验】‎ ‎1.实验器材：电源、导线、开关、定值电阻、小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器；‎ ‎2.实验原理：‎ ‎3.实验步骤：‎ ‎（1）断开开关，调节电流表、电压表的指针到零刻度；按电路图连接实物；调节滑动变阻器到阻值最大端。‎ ‎（2）闭合开关，调节滑动变阻器的滑片至适当位置，分别读出电流表的示数I、电压表的示数U，并记录在表格中。‎ ‎（3）根据公式计算出R的值，并记录在表格中。‎ ‎（4）通过移动滑动变阻器滑片，改变定值电阻两端的电压和通过电阻的电流，分别记录对应的值。‎ ‎【拓展实验】‎ ‎（5）将定值电阻换成小灯泡进行实验，电路图和实物图如下所示：‎ 14‎ ‎【分析数据】‎ ‎①将测得的定值电阻阻值进行求平均值：‎ ‎②不能将小灯泡的电阻测量值进行求平均值，因为小灯泡电阻受温度的影响，是变化的。‎ 定值电阻和小灯泡的图如下：‎ ‎【实验结论】‎ 电阻是导体本身的特性，和导体的电流与电压无关；灯泡的电阻不是固定的，随温度的升高而增大。‎ ‎【交流与讨论】‎ ‎（1）滑动变阻器的作用：保护电路、改变定值电阻（小灯泡）两端的电压和通过的电流。‎ ‎（2）滑动变阻器规格的选取：‎ ‎（3）要使小灯泡正常发光，应移动滑片，使电压表示数为小灯泡额定电压。‎ ‎（4）电压表示数小于（或大于）小灯泡额定电压时，滑片移动方向的判断：应使滑动变阻器接入电路中的电阻变小（或变大）。‎ ‎（5）实验时多次测量的目的：‎ ‎①定值电阻：获得多组数据求平均值，减小误差；‎ ‎②小灯泡：获得多组数据，探究灯丝的电阻与温度之间的变化关系；‎ ‎（6）电路故障分析。‎ ‎（7）I－U图像分析与绘制：‎ 14‎ ‎①如图所示，a为定值电阻，b为小灯泡，c为电压表接滑动 ‎ 变阻器两端时，小灯泡的I－U图像；‎ ‎②得出小灯泡电阻的变化规律：小灯泡的电阻随着温度的升 高而增大。‎ ‎（8）动态电路分析；‎ ‎（9）电功率的计算；‎ ‎（10）求取平均值的评估：‎ ‎①测定值电阻：不能根据求出的电压、电流的平均值计算电阻，应计算出每次的电阻，然后求电阻的平均值，即（以3次为例）。‎ ‎②测小灯泡电阻：求小灯泡电阻平均值不合理，小灯泡的电阻会随温度的升高而增大，不是定值。‎ ‎（11）实验装置可进行的其他实验拓展；‎ 拓展：特殊法测定值电阻阻值：‎ ‎（1）缺电压表测电阻 ‎（2）缺电流表测电阻 14‎ 学校科技创新小组用伏安法测量小灯泡的电阻，电源电压为3V，待测小灯泡的额定电压为2.5 V.‎ ‎（1）请用笔画线代替导线，完成图甲中实物电路的连接，要求：①滑片P向右移动时，电流表示数变小；②连线不能交叉；‎ ‎（2）检查电路无误后，闭合开关，灯泡不亮，电压表有示数，电流表示数为零，导致 这一现象的原因可能是______；‎ A.电压表短路　　　B.电压表断路 C.滑动变阻器短路　 　D.小灯泡断路 ‎（3）故障排除后，闭合开关，当滑动变阻器的滑片P移到某一位置时，电压表示数如图乙所示，要测量小灯泡正常发光时的电阻，应将滑动变阻器的滑片向_______移动（选填“左”或“右”）；‎ ‎（4）通过移动滑动变阻器的滑片P记录了多组数据，并作出了如图丙所示的I－U图像，由图可知小灯泡正常发光时的电阻为Ω。‎ ‎（5）实验中使用滑动变阻器除了保护电路外，还可以。‎ ‎（6）若实验室滑动变阻器有两种规格，则小明选择的滑动变阻器规格应。‎ A.30Ω　5A　　 B.10Ω　0.1A ‎（7）通过图像可以发现灯丝的电阻是变化的，这一现象表明，灯丝的电阻随温度的升高而（选填“增大”、“不 14‎ 变”或“减小”）。‎ ‎（8）某同学通过计算，得到多组小灯泡的电阻值，他认为应该求平均值作为实验的最终结果，请你评价他的做法，并说明理由。‎ ‎（9）完成测量后小明认为还可以用上述器材探究“电流与电压关系”，小李认为用上述器材不能完成此探究，你认为小李判断的理由是。‎ 答案：（1）‎ ‎（2）D；（3）左；（4）12.5；（5）改变小灯泡两端的电压；（6）A；（7）增大；‎ ‎（8）他的做法是错误的，因为小灯泡的电阻随温度的变化而变化，求平均值无意义； ‎ ‎（9）小灯泡的电阻随温度的升高而变化，不能控制小灯泡电阻不变。‎ ‎1.现有两个阻值不等的未知电阻R1和R2，为了比较它们的阻值大小，小明设计了如图所示的四种电路，其中可行的是（）‎ A.①② B.②③④ C.①②③ D.①③④‎ ‎【答案】D ‎【解析】①从图中可以看到，这是一个并联电路，未知电阻R1和R2两端电压相同，电流表均可显示流过两电阻的电流大小，然后根据即可比较它们的阻值大小，①符合题意；‎ ‎②从图中可以看到，这是一个串联电路，只知道流过两电阻的电流大小，不能确定电压，是不能比较它们的阻值大小，②不合题意；‎ ‎③从图中可以看到，这是一个串联电路，流过两电阻的电流大小相等，两电压表能够知道两电阻的电压大小，‎ 14‎ 根据即可比较它们的阻值大小，③符合题意；‎ ‎④从图中可以看到，这是一个并联电路，未知电阻R1和R2两端电压相同，电流表A测的是干路电流，电流表A1测的是流过电阻R1的电流，根据并联电路电流规律可知电阻R2的电流大小，然后根据即可比较它们的阻值大小，④符合题意；‎ 故选D。‎ ‎2.在科学实验中，为了减小误差或寻找普遍规律，经常需要进行多次实验：‎ ‎①在“测量物体的长度”时，多次测量 ‎②在“探究重力的大小跟质量的关系”时，改变钩码的个数，多次测量 ‎③在研究“串、并联电路中电流的规律”时，换用不同定值电阻，多次测量 ‎④在“伏安法测电阻”的实验中，多次测量导体两端电压和通过导体的电流值 上述实验属于减少误差而进行多次实验的是（）‎ A.①③ B.①④ C.②③ D.②④‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎①“测量物体的长度”时，由于测量工具或测量方法等会产生实验误差，为了减小误差采取多次测量求平均值的方法；‎ ‎②在“探究重力的大小跟质量的关系”时，改变钩码的个数，多次测量，是为了获得普遍的规律；‎ ‎③“研究串、并联电路的电流特点”时，尤其是探究并联电路的电流特点时，如果两个电阻阻值相同，测量的电流也会相同，就会得出“并联电路各支路电流相等”的错误结论，因此为了寻找普遍规律，换用不同电阻多次测量；‎ ‎④“用电压表和电流表测导体的电阻”时，测量的是定值电阻的阻值，测量值是个定值，多次测量可以比较测量值减小误差。‎ 故选B。‎ ‎3.在图的电路中，电源电压保持不变，R为定值电阻.闭合开关S后，将滑动变阻器的滑片P从最右端移到中间某个位置，电压表和电流表的示数分别变化了△U和△I.下列分析正确的是（）‎ 14‎ A.变大 B.变小 C.不变 D.先变小后变大 ‎【答案】C ‎【解析】由电路图可以知道,定值电阻R与滑动变阻器串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流, 设滑片移动前后电路中的电流分别为、,则, 由可得,电压表的示数分别为: 电压表示数的变化量: 即 所以,不变. 所以C选项是正确的.‎ ‎4.电源电压未知，变阻器最大值R0和定值电阻R0已知，图中电路能测出未知电阻Rx阻值的电路是（　　）‎ A. B. C. D.‎ ‎【答案】ABC ‎【解析】A.开关S闭合，Rx与R0串联，电压表测Rx两端电压，电流表测电路电流，调节滑片，根据，可用伏安法测出Rx阻值，故A符合题意；‎ B.该选项可用安滑法测得Rx阻值。开关S闭合，将滑片调至最左端，此时为只有Rx的简单电路，电流表测电路电流，电流表示数记作，则电源电压为 将滑片调至最右端，此时Rx与R0最大阻值串联，电流表测此时电路电流，电流表示数记作，则电源电压为 电源电压恒定，由以上两式可得 则 14‎ 故B符合题意；‎ C.该选项可用伏阻法测得Rx阻值。开关S1、S2闭合时，R0短路，电压表测量电源电压，开关S2断开时，电压表测量Rx两端的电压；根据串联电路总电压等于各分电压之和，可求出R0两端的电压，根据求出通过R0的电流，根据串联电路电流处处相等，通过Rx电流等于通过定值电阻电流，即 根据可求出Rx电阻，故C符合题意；‎ D.由电路图可知，当S1闭合，S2无论断开或闭合，电流表都只测Rx的电流，电源电压未知，该电路无法通过R0求得Rx两端的电压，所以不能求出Rx阻值，故D不符合题意。‎ 故选ABC。‎ ‎5.在图所示的四个电路中，电源两端电压保持不变，若定值电阻R的阻值已知，则在不拆卸元件的情况下能够测出待测电阻Rx阻值的电路是（）‎ A.B.C.D.‎ ‎【答案】ABD ‎【解析】A.电压表V1测出定值电阻R的电压U1，电压表V2测出待测电阻RX的电压UX，电路电流I=，待测电阻RX电压UX，电流I已知，由欧姆定律可求出电阻，故A正确.‎ B.电流表A测出流过RX的电流I，电压表V测出电阻RX的电压U，由欧姆定律可求出待测电阻RX的阻值，故B正确.‎ C.图示电路不能测出流过电阻RX的电流，图示电路不能测出待测电阻的阻值，故C错误.‎ D.电流表A1测流过R的电流I1，电流表A2测流过待测电阻RX的电流IX，并联电压U=I1R，已知待测电阻RX的电压U，流过待测电阻的电流IX，由欧姆定律可求出待测电阻RX的阻值，故D正确.‎ ‎6.在用伏安法测未知电阻Rx时，如果缺少电流表或电压表，可以通过增加一个定值电阻R1和开关来解决，下图的四种方案中哪些是可行的（）‎ 14‎ A.B.C.D.‎ ‎【答案】ACD ‎【解析】A.S1、S2均闭合，电路为Rx的简单电路，电压表测电源电压，读出示数为U，闭合S1，断开S2，电路为Rx与R1串联电路，电压表测Rx两端电压，读出示数Ux，则此时R1两端电压为 U1=U-Ux 由串联电路电压之比等于电阻之比可求Rx阻值为 故A符合题意；‎ B.电压表串联接入电路，使用错误，无法达到测量效果，故B不符合题意；‎ C.闭合S2，断开S1，电路为R1的简单电路，读出电流表示数为I1，则电源电压为 U=I1R1‎ 再闭合S1，断开S2，电路为Rx的简单电路，读出电流表示数为I2，则Rx阻值为 故C符合题意；‎ D.闭合S2，断开S1，电路为R1的简单电路，读出电流表示数为I1，则电源电压为 U=I1R1‎ 再闭合S1和S2，电路为R1与Rx串联电路，电流表测干路电流，读出电流表示数为I2，则Rx阻值为 故D符合题意；‎ 故选ACD。‎ ‎7.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，经实验得到表格数据（电源电压U额＝3V）。‎ 14‎ 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额、U、I）表示，代入数据可得R'x＝_____Ω（计算结果保留1位小数）。‎ ‎【答案】0~3电压表并联在了滑动变阻器两端12.2‎ ‎【解析】(1)[1]因为电源电压为3V，所以电压表选用0~3V的量程。‎ ‎(2)[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)[3]根据串联电路的电压特点，定值电阻两端的电压，Ux＝U额﹣U，由欧姆定律，定值电阻的电阻值为 ‎[4]将表格中序号1的数据代入本式得 14‎ 同理可算出2、3、4次实验的电阻分别为11.5Ω、13.3Ω、11.4Ω，则4次测量的平均电阻为 ‎8.在测量阻值约为5Ω的定值电阻Rx的实验中，电源电压保持3V不变，小明和小亮用图甲所示的器材进行实验。‎ ‎(1)用笔画线代替导线完成图甲的实物电路连接______。‎ ‎(2)小明把最后一根导线连接完毕后，看到电压表和电流表立即都有较大示数，他在实验操作中的两处错误是______和______。‎ ‎(3)改正错误后，小明改变Rx两端的电压和电流，三次测得的电阻值分别为R1＝5.1Ω，R2＝5.3Ω，R3＝5.2Ω，则实验测得值应为Rx＝______Ω。‎ ‎(4)在某次实验时，电压表因出现故障而不能使用，小亮用原有的电流表、滑动变阻器，增添一个定值电阻R0和一个单刀双掷开关，设计了如图乙所示的电路。测量时，闭合S1，将S2拨到1，电流表的示数为I1；将S2拨到2，电流表的示数为I2，小亮说待测电阻Rx＝，小明认真分析电路后发现小亮的设计不合理，原因是：开关由1拨到2后，______。‎ ‎(5)实验前，老师提醒同学们，加在电阻上的电压不宜过大而且时间不宜过长，这样做的目的是______。‎ ‎【答案】连接电路时开关没有断开没有把滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置5.2Rx与R0阻值并不相等，故其两端电压也发生了改变减小温度对电阻大小的影响/省电/防止超过电阻的额定电压/防止电阻烧坏 ‎【解析】‎ ‎(1)[1]把电流表、待测电阻应与滑动变阻器应串联在电路中，电压表并联在待测电阻两端，滑动变阻器解右下接线柱，如图所示：‎ 14‎ ‎(2)[2][3]小明把最后一根导线连接完毕后，看到电压表和电流表立即都有较大示数，说明电路电阻小，他在实验操作中的两处错误是：①连接电路时开关没有断开，②没有把滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置。‎ ‎(3)[4]实验测得值应为 ‎(4)[5]在该实验设计中，由于滑动变阻器串联在电路中，当S2由l拨到2时，Rx与R0阻值并不相等，电阻两端的电压发生变化，而实验中认为电压不变，导致实验计算结果错误，该实验存在缺陷，设计不合理。‎ ‎(5)[6]加在电阻上的电压过大或时间过长，会导致电阻温度升高，阻值变大，导致影响实验数据(合理即可)。‎ ‎9.小明只有一个电压表和一个已知电阻R0测量未知电阻Rx，实验中设计了如图所示的电路，请在空格内将实验步骤补充完整。‎ ‎(1)闭合 S、断开 S1，用电压表测出待测电阻Rx两端的电压为U1；‎ ‎(2)______，用电压表测出电源电压U；‎ ‎(3)用测量出的U、U1及R0来表示Rx，则Rx＝______。‎ ‎【答案】闭合开关S、S1‎ ‎【解析】(2)[1]闭合开关S、S1，用电压表测出电源的电压U。‎ ‎(3)[2]闭合开关S、断开S1，用电压表测出待测电阻Rx两端的电压为U1；因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，R0两端的电压 U0= U-U1‎ 因串联电路中各处的电流相等，所以 I=‎ 14‎ ‎10.一个小灯泡上标着“2.2V 0.25A”，物理小组连接了如图甲的实物电路.‎ ‎（1）若要求实验中将滑片P左滑灯泡变亮，将导线Q端（用笔画线代表导线）与变阻器的某个接线柱连接起来 ‎（2）将连接好的该实物电路的电路图画在虚线框（图乙）中；‎ ‎（3）该小组在某次测量中电流表指针所指位置（局部放大）如图丙，则读数是：_____；‎ ‎（4）该小组记录了许多组电压U、电流I对应数据，然后画出小灯泡灯丝的U﹣I曲线，图丁中符合实际的是_____.‎ ‎【答案】0.230A（其它答案合理也可） A ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ ‎（1）根据滑片P左滑灯泡变亮，确定变阻器的连接；‎ ‎（2）依据实物图画出电路图；‎ 14‎ ‎（3）根据图中电流表选用小量程确定分度值，根据估读数值得出电流大小；‎ ‎（4）由灯的电阻随温度的升高而变大判断小灯泡灯丝的U﹣I曲线 ‎【详解】‎ ‎（1）实验中将滑片P左滑灯泡变亮，说明滑片P左滑，阻值减小，故应将导线Q端与变阻器的左下端接线柱相连，如图所示：‎ ‎（2）对应的电路图如图所示：‎ ‎（3）由图甲知，电流表的量程是0-0.6A，故分度值是0.02A，此时读数为0.230A；‎ ‎（4）由于灯泡的电阻随温度升高而变大，因此，小灯泡灯丝的U﹣I曲线应为A.‎ 14‎