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4 新素养 科学探究 [2025 宿城期末]小明为验证欧姆定律是否适用于盐水柱,设计了如下实验:将充满盐水的透明塑料管两端用带接线柱的金属塞密封,再将该盐水柱组件接入如图甲所示的电路中进行探究。
(1) 闭合开关前,滑动变阻器的滑片 P 应移动到最
(2) 闭合开关后,通过移动滑片 P 改变电路中的电流,记录多组电压、电流数据如表所示,分析数据可知,其中有一个读数异常,该异常读数是
(3) 排除异常数据后,请利用剩余数据在图乙坐标图中描点并绘制 $I-U$ 图像,根据图像可判断,欧姆定律
(1) 闭合开关前,滑动变阻器的滑片 P 应移动到最
右
端,目的是保护电路
。(2) 闭合开关后,通过移动滑片 P 改变电路中的电流,记录多组电压、电流数据如表所示,分析数据可知,其中有一个读数异常,该异常读数是
0.6 A
。(3) 排除异常数据后,请利用剩余数据在图乙坐标图中描点并绘制 $I-U$ 图像,根据图像可判断,欧姆定律
能
(能/不能)适用于该盐水柱,这段盐水柱的电阻大小为10
$\Omega$(结果保留整数)。答案
(1) 右 保护电路
(2) 0.6 A
(3) 如图所示
能 10解析
【分析】
本题围绕欧姆定律在盐水柱中的应用展开，分三步思考：1. 滑动变阻器使用规则：闭合开关前需调至最大阻值处，目的是保护电路，结合常规电路连接判断滑片位置；2. 异常数据分析：定值电阻的电流与电压成正比，即I/U为定值，据此找出偏离该规律的异常读数；3. I-U图像与欧姆定律：绘制图像后，若为过原点的直线则说明电流与电压成正比，符合欧姆定律，再通过R=U/I计算电阻。
【解析】
(1) 闭合开关前，滑动变阻器应接入最大阻值以防止电流过大损坏电路元件，起到保护电路的作用；结合电路常规连接，滑片移到最右端时阻值最大，故填“右”，目的是“保护电路”。
(2) 正常情况下，盐水柱近似定值电阻，电流与电压成正比，即I/U为定值。计算各正常数据的比值：如U=1V时I=0.1A，比值为10；U=2V时I=0.2A，比值为10；若存在0.6A的读数，其比值与其他数据不符，故异常读数为0.6A。
(3) 排除异常数据后，绘制的I-U图像为过原点的直线，说明电流与电压成正比，符合欧姆定律，故欧姆定律能适用于该盐水柱；取任意正常数据计算电阻，如U=1V、I=0.1A，由R=U/I得R=1V/0.1A=10Ω，保留整数为10Ω。
【答案】
(1) 右 保护电路
(2) 0.6 A
(3) 如图所示 能 10
【知识点】
欧姆定律、滑动变阻器的使用、I-U图像
【点评】
本题属于科学探究类题目，考查滑动变阻器的操作、实验数据的异常分析、I-U图像的应用及欧姆定律的计算，注重学生的实验分析能力，是期末常见的基础题型。
【难度系数】
0.5
本题围绕欧姆定律在盐水柱中的应用展开，分三步思考：1. 滑动变阻器使用规则：闭合开关前需调至最大阻值处，目的是保护电路，结合常规电路连接判断滑片位置；2. 异常数据分析：定值电阻的电流与电压成正比，即I/U为定值，据此找出偏离该规律的异常读数；3. I-U图像与欧姆定律：绘制图像后，若为过原点的直线则说明电流与电压成正比，符合欧姆定律，再通过R=U/I计算电阻。
【解析】
(1) 闭合开关前，滑动变阻器应接入最大阻值以防止电流过大损坏电路元件，起到保护电路的作用；结合电路常规连接，滑片移到最右端时阻值最大，故填“右”，目的是“保护电路”。
(2) 正常情况下，盐水柱近似定值电阻，电流与电压成正比，即I/U为定值。计算各正常数据的比值：如U=1V时I=0.1A，比值为10；U=2V时I=0.2A，比值为10；若存在0.6A的读数，其比值与其他数据不符，故异常读数为0.6A。
(3) 排除异常数据后，绘制的I-U图像为过原点的直线，说明电流与电压成正比，符合欧姆定律，故欧姆定律能适用于该盐水柱；取任意正常数据计算电阻，如U=1V、I=0.1A，由R=U/I得R=1V/0.1A=10Ω，保留整数为10Ω。
【答案】
(1) 右 保护电路
(2) 0.6 A
(3) 如图所示
能 10【知识点】
欧姆定律、滑动变阻器的使用、I-U图像
【点评】
本题属于科学探究类题目，考查滑动变阻器的操作、实验数据的异常分析、I-U图像的应用及欧姆定律的计算，注重学生的实验分析能力，是期末常见的基础题型。
【难度系数】
0.5
5 新情境 生活实践 在相距10 km的甲、乙两地间有两条输电线，已知每条输电线的电阻是100 Ω。现输电线在某处发生短路，为确定短路位置，检修员利用电压表、电流表和电源连成如图所示电路进行检测，当电压表示数为2.0 V时，电流表示数为80 mA，则短路位置距甲地的距离是多少千米？
答案
短路位置到甲地的两段输电线的总电阻 $R=\frac{U}{I}=\frac{2.0\ \mathrm{V}}{80×10^{-3}\ \mathrm{A}}=25\ \Omega$,因 10 km 输电线的电阻为 100 Ω,且电阻和长度成正比,所以,短路处距甲地的输电线总长度 $L=\frac{25\ \Omega}{100\ \Omega}×10\ \mathrm{km}=2.5\ \mathrm{km}$,则短路位置距甲地的距离 $s=\frac{1}{2}× L=\frac{1}{2}×2.5\ \mathrm{km}=1.25\ \mathrm{km}$
解析
【分析】
要确定短路位置距甲地的距离，需先利用欧姆定律计算甲地到短路处的输电线总电阻；再根据输电线电阻与长度成正比的关系，算出对应输电线的总长度；最后注意输电线是往返的，短路位置距甲地的距离为该总长度的一半。
【解析】
1. 根据欧姆定律计算甲地到短路处的输电线总电阻：
已知电压表示数$U=2.0\ \mathrm{V}$，电流表示数$I=80\ \mathrm{mA}=0.08\ \mathrm{A}$，由$R=\frac{U}{I}$得：
$R=\frac{2.0\ \mathrm{V}}{0.08\ \mathrm{A}}=25\ \Omega$。
2. 计算输电线单位长度的电阻：
已知10 km输电线的电阻为100 Ω，则单位长度电阻$r=\frac{100\ \Omega}{10\ \mathrm{km}}=10\ \Omega/\mathrm{km}$。
3. 计算甲地到短路处的输电线总长度：
由$L=\frac{R}{r}$得：$L=\frac{25\ \Omega}{10\ \Omega/\mathrm{km}}=2.5\ \mathrm{km}$。
4. 确定短路位置距甲地的距离：
由于输电线是从甲地到短路点再返回甲地，因此短路位置距甲地的距离为总长度的一半：
$s=\frac{1}{2}L=\frac{1}{2}×2.5\ \mathrm{km}=1.25\ \mathrm{km}$。
【答案】
1.25 km
【知识点】
欧姆定律、电阻与长度的关系
【点评】
本题结合输电线短路的实际问题，考查欧姆定律和电阻与长度关系的应用，关键是理解输电线为往返线路，计算距离时需取总长度的一半，体现了物理知识在生活实践中的应用。
【难度系数】
0.5
要确定短路位置距甲地的距离，需先利用欧姆定律计算甲地到短路处的输电线总电阻；再根据输电线电阻与长度成正比的关系，算出对应输电线的总长度；最后注意输电线是往返的，短路位置距甲地的距离为该总长度的一半。
【解析】
1. 根据欧姆定律计算甲地到短路处的输电线总电阻：
已知电压表示数$U=2.0\ \mathrm{V}$，电流表示数$I=80\ \mathrm{mA}=0.08\ \mathrm{A}$，由$R=\frac{U}{I}$得：
$R=\frac{2.0\ \mathrm{V}}{0.08\ \mathrm{A}}=25\ \Omega$。
2. 计算输电线单位长度的电阻：
已知10 km输电线的电阻为100 Ω，则单位长度电阻$r=\frac{100\ \Omega}{10\ \mathrm{km}}=10\ \Omega/\mathrm{km}$。
3. 计算甲地到短路处的输电线总长度：
由$L=\frac{R}{r}$得：$L=\frac{25\ \Omega}{10\ \Omega/\mathrm{km}}=2.5\ \mathrm{km}$。
4. 确定短路位置距甲地的距离：
由于输电线是从甲地到短路点再返回甲地，因此短路位置距甲地的距离为总长度的一半：
$s=\frac{1}{2}L=\frac{1}{2}×2.5\ \mathrm{km}=1.25\ \mathrm{km}$。
【答案】
1.25 km
【知识点】
欧姆定律、电阻与长度的关系
【点评】
本题结合输电线短路的实际问题，考查欧姆定律和电阻与长度关系的应用，关键是理解输电线为往返线路，计算距离时需取总长度的一半，体现了物理知识在生活实践中的应用。
【难度系数】
0.5
