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9. 核心素养 科学探究 如图所示,在探究“通过导体的电流与导体两端电压关系”实验时,电源电压为3 V保持不变,滑动变阻器规格为“20 Ω 1 A”.
实验次数 1 2 3 4 5
电压 U/V 0.8 图2 1.8 2.4 2.8
电流 I/A 0.08 0.12 0.18 0.24 0.28
(1)根据图甲连接电路时,开关应
(2)闭合开关,调节滑动变阻器,测得多组电流、电压的数据,记录在表中.
(3)通过计算,第
(4)排除错误数据后,根据表格数据,可以得到结论:当导体电阻一定时,通过导体的电流和导体两端的电压成
(5)增加5 Ω、15 Ω、20 Ω的定值电阻,利用上述的实验器材和电路还可以探究“电流与电阻的关系”.
①先将5 Ω的定值电阻接入电路中,调节滑动变阻器,当电压表示数为2 V时,记录电流表的示数;
②不改变滑动变阻器滑片的位置,将5 Ω的电阻换成10 Ω的电阻,闭合开关,向
③换接不同的定值电阻,重复上述的实验步骤,绘出电流I与电阻倒数$\frac{1}{R}$变化的图像如图乙,由图乙可知:电压一定时,电流与电阻成
④对“探究电流与电阻关系”的实验过程进一步分析、论证,绘制了实验过程中“电流与定值电阻、电流与滑动变阻器、电流与总电阻”之间的图像,如图丙,其中反映电流与总电阻关系的是
实验次数 1 2 3 4 5
电压 U/V 0.8 图2 1.8 2.4 2.8
电流 I/A 0.08 0.12 0.18 0.24 0.28
(1)根据图甲连接电路时,开关应
断开
.(2)闭合开关,调节滑动变阻器,测得多组电流、电压的数据,记录在表中.
(3)通过计算,第
1
次数据一定是拼凑的.(4)排除错误数据后,根据表格数据,可以得到结论:当导体电阻一定时,通过导体的电流和导体两端的电压成
正
比.(5)增加5 Ω、15 Ω、20 Ω的定值电阻,利用上述的实验器材和电路还可以探究“电流与电阻的关系”.
①先将5 Ω的定值电阻接入电路中,调节滑动变阻器,当电压表示数为2 V时,记录电流表的示数;
②不改变滑动变阻器滑片的位置,将5 Ω的电阻换成10 Ω的电阻,闭合开关,向
右
(填“左”或“右”)移动滑动变阻器滑片,移动过程中眼睛注视电压表
(填“电压表”或“电流表”)的示数;③换接不同的定值电阻,重复上述的实验步骤,绘出电流I与电阻倒数$\frac{1}{R}$变化的图像如图乙,由图乙可知:电压一定时,电流与电阻成
反
比;相比$I-R$图像,该图像的优点是图线为一过原点的直线,可以直观得出电流与电阻的关系
;④对“探究电流与电阻关系”的实验过程进一步分析、论证,绘制了实验过程中“电流与定值电阻、电流与滑动变阻器、电流与总电阻”之间的图像,如图丙,其中反映电流与总电阻关系的是
c
(填“a”“b”或“c”),图中阴影部分面积表示的物理含义是滑动变阻器两端的电压
.答案
9. (1)断开 (3)1 (4)正 (5)②右 电压表 ③反 图线为一过原点的直线,可以直观得出电流与电阻的关系 ④c 滑动变阻器两端的电压
解析:(1)为了保护电路,连接电路时,开关应断开.
(3)由表格中的数据结合欧姆定律可知,接入电路的电阻的阻值为$R=\frac{U}{I}=\frac{1.8\ \mathrm{V}}{0.18\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$,滑动变阻器的最大电阻为20 Ω,由电阻的串联特点和欧姆定律可得,电路的最小电流为$I_{\mathrm{小}}=\frac{U}{R_{\mathrm{总}}}=\frac{3\ \mathrm{V}}{10\ \Omega+20\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}＞0.08\ \mathrm{A}$.故第1次的数据一定是拼凑的.
(4)横向比较表中数据可知,电压为原来的几倍,电流也为原来的几倍,即导体电阻一定时,通过导体的电流和导体两端的电压成正比.
(5)②根据控制变量法可知,探究“电流与电阻的关系”应控制电阻两端电压不变,不改变滑动变阻器滑片的位置,将5 Ω的电阻换成10 Ω的电阻,闭合开关,根据串联电路分压原理可知,滑动变阻器接入电路的电阻需变大,所以需向右移动滑片,移动过程中眼睛注视电压表,直到电压表的示数为2 V,然后读出电流表的示数.
③换接不同的定值电阻,重复上述实验步骤.绘制出电流$I$与电阻倒数$\frac{1}{R}$变化的图像如题图乙,由题图乙可知,图像是一条过原点的直线,说明$I$与$\frac{1}{R}$成正比,故可得:电压一定时,电流与电阻成反比.$I-R$图像为反比例函数图像,从图像不易直观得到电压一定时电流与电阻的关系,而$I-\frac{1}{R}$图像可以.
④根据欧姆定律可知,电流与总电阻的乘积为电源电压,所以反映电流与总电阻关系的是三线中$IR$乘积最大的,故选$c$;三线中$IR$乘积最小的是滑动变阻器两端的电压,所以$a$表示滑动变阻器的电流与电阻的关系,则$b$表示定值电阻的电流与其阻值的关系.阴影部分的面积等于$c$图线$IR$的乘积与$b$图线$IR$的乘积之差,根据串联电路电压规律可知,阴影部分的面积表示滑动变阻器两端的电压.
解析:(1)为了保护电路,连接电路时,开关应断开.
(3)由表格中的数据结合欧姆定律可知,接入电路的电阻的阻值为$R=\frac{U}{I}=\frac{1.8\ \mathrm{V}}{0.18\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$,滑动变阻器的最大电阻为20 Ω,由电阻的串联特点和欧姆定律可得,电路的最小电流为$I_{\mathrm{小}}=\frac{U}{R_{\mathrm{总}}}=\frac{3\ \mathrm{V}}{10\ \Omega+20\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}＞0.08\ \mathrm{A}$.故第1次的数据一定是拼凑的.
(4)横向比较表中数据可知,电压为原来的几倍,电流也为原来的几倍,即导体电阻一定时,通过导体的电流和导体两端的电压成正比.
(5)②根据控制变量法可知,探究“电流与电阻的关系”应控制电阻两端电压不变,不改变滑动变阻器滑片的位置,将5 Ω的电阻换成10 Ω的电阻,闭合开关,根据串联电路分压原理可知,滑动变阻器接入电路的电阻需变大,所以需向右移动滑片,移动过程中眼睛注视电压表,直到电压表的示数为2 V,然后读出电流表的示数.
③换接不同的定值电阻,重复上述实验步骤.绘制出电流$I$与电阻倒数$\frac{1}{R}$变化的图像如题图乙,由题图乙可知,图像是一条过原点的直线,说明$I$与$\frac{1}{R}$成正比,故可得:电压一定时,电流与电阻成反比.$I-R$图像为反比例函数图像,从图像不易直观得到电压一定时电流与电阻的关系,而$I-\frac{1}{R}$图像可以.
④根据欧姆定律可知,电流与总电阻的乘积为电源电压,所以反映电流与总电阻关系的是三线中$IR$乘积最大的,故选$c$;三线中$IR$乘积最小的是滑动变阻器两端的电压,所以$a$表示滑动变阻器的电流与电阻的关系,则$b$表示定值电阻的电流与其阻值的关系.阴影部分的面积等于$c$图线$IR$的乘积与$b$图线$IR$的乘积之差,根据串联电路电压规律可知,阴影部分的面积表示滑动变阻器两端的电压.
解析
【分析】
这道题围绕电学两个核心探究实验“电流与电压的关系”“电流与电阻的关系”展开，解题思路可以按小问逐步推进：
1. 第一问是电路连接的基础安全操作，连接电路时断开开关是所有电学实验的通用保护操作，直接回忆基础操作即可。
2. 第三问判断拼凑数据：首先从表格中正常的几组数据算出定值电阻的阻值，再结合滑动变阻器的最大阻值，算出电路能达到的最小电流，对比表格里的电流值，比最小电流还小的就是不可能存在的拼凑数据。
3. 第四问是欧姆定律的基础结论，电阻一定时电流和电压成正比，直接从表格数据的比例关系就能得出。
4. 第五问的②：探究电流与电阻关系要控制定值电阻两端电压不变，换成更大的定值电阻后，根据串联分压规律，定值电阻分压会变大，所以需要增大滑动变阻器接入的阻值，抵消定值电阻增加的分压，让定值电阻电压回到预设值，操作时眼睛要盯着电压表，保证电压不变。
5. 第五问的③：从乙图的I-1/R图像是过原点的直线，说明I和1/R成正比，反过来就是I和R成反比，对比I-R的反比例曲线，直线的规律更直观，更容易直接得出正比关系。
6. 第五问的④：根据欧姆定律U=IR，总电阻对应的IR乘积是电源电压，是三个关系里最大的，对应图线c；阴影部分的面积是电流乘以两个电阻的差值，也就是滑动变阻器的阻值，乘积就是滑动变阻器两端的电压。
【解析】
(1) 为了防止连接电路过程中出现短路等故障损坏元件，保护电路，连接电路时开关必须断开。
(3) 由表格中第3组数据可得定值电阻的阻值：$R=\frac{U_3}{I_3}=\frac{1.8\ \mathrm{V}}{0.18\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$，滑动变阻器最大阻值为20Ω，电源电压为3V，电路的最大总电阻为$R_{总大}=10\ \Omega+20\ \Omega=30\ \Omega$，因此电路能达到的最小电流为：$I_{小}=\frac{U}{R_{总大}}=\frac{3\ \mathrm{V}}{30\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$，第1次实验的电流为0.08A，小于电路理论上的最小电流，不可能实现，因此第1次数据是拼凑的。
(4) 排除错误数据后，表格中电压变为原来的几倍，对应的电流也变为原来的几倍，因此可得：当导体电阻一定时，通过导体的电流和导体两端的电压成正比。
(5) ② 探究电流与电阻的关系需要控制定值电阻两端电压不变，将5Ω电阻换成10Ω电阻后，根据串联分压原理，定值电阻分得的电压会变大，为了让定值电阻两端电压回到预设的2V，需要增大滑动变阻器接入电路的阻值，由图甲可知滑片向右移动时滑动变阻器接入电阻变大，因此向右移动滑片，移动过程中眼睛要注视电压表的示数，直到电压表示数回到2V。
③ 图乙的I-1/R图像是过原点的直线，说明I与1/R成正比，因此电压一定时，电流与电阻成反比；常规的I-R图像是反比例曲线，很难直观判断电流与电阻的定量关系，而I-1/R图像是过原点的直线，可以直观得出电流与电阻的反比关系。
④ 根据欧姆定律U=IR，电流与总电阻的乘积等于电源电压3V，是三个关系中IR乘积最大的，因此反映电流与总电阻关系的是图线c；其中a是电流与滑动变阻器电阻的关系，b是电流与定值电阻的关系，阴影部分的面积等于$I×(R_{总}-R_{定})$，也就是电流乘以滑动变阻器的阻值，对应物理含义是滑动变阻器两端的电压。
【答案】
(1) 断开
(3) 1
(4) 正
(5) ② 右；电压表
③ 反；图线为一过原点的直线，可以直观得出电流与电阻的关系
④ c；滑动变阻器两端的电压
【知识点】
电路连接规范；欧姆定律；电流与电阻、电压的关系
【点评】
本题是电学探究实验的综合题，覆盖了电路基础操作、串联分压规律、欧姆定律应用、特殊图像分析等多个考点，既考察了学生对基础实验结论的记忆，又通过判断拼凑数据、I-1/R图像对比、阴影面积物理含义推导等设问，考察学生对实验原理的深度理解，区分度较好，是典型的中考电学实验题型。
【难度系数】
0.4
这道题围绕电学两个核心探究实验“电流与电压的关系”“电流与电阻的关系”展开，解题思路可以按小问逐步推进：
1. 第一问是电路连接的基础安全操作，连接电路时断开开关是所有电学实验的通用保护操作，直接回忆基础操作即可。
2. 第三问判断拼凑数据：首先从表格中正常的几组数据算出定值电阻的阻值，再结合滑动变阻器的最大阻值，算出电路能达到的最小电流，对比表格里的电流值，比最小电流还小的就是不可能存在的拼凑数据。
3. 第四问是欧姆定律的基础结论，电阻一定时电流和电压成正比，直接从表格数据的比例关系就能得出。
4. 第五问的②：探究电流与电阻关系要控制定值电阻两端电压不变，换成更大的定值电阻后，根据串联分压规律，定值电阻分压会变大，所以需要增大滑动变阻器接入的阻值，抵消定值电阻增加的分压，让定值电阻电压回到预设值，操作时眼睛要盯着电压表，保证电压不变。
5. 第五问的③：从乙图的I-1/R图像是过原点的直线，说明I和1/R成正比，反过来就是I和R成反比，对比I-R的反比例曲线，直线的规律更直观，更容易直接得出正比关系。
6. 第五问的④：根据欧姆定律U=IR，总电阻对应的IR乘积是电源电压，是三个关系里最大的，对应图线c；阴影部分的面积是电流乘以两个电阻的差值，也就是滑动变阻器的阻值，乘积就是滑动变阻器两端的电压。
【解析】
(1) 为了防止连接电路过程中出现短路等故障损坏元件，保护电路，连接电路时开关必须断开。
(3) 由表格中第3组数据可得定值电阻的阻值：$R=\frac{U_3}{I_3}=\frac{1.8\ \mathrm{V}}{0.18\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$，滑动变阻器最大阻值为20Ω，电源电压为3V，电路的最大总电阻为$R_{总大}=10\ \Omega+20\ \Omega=30\ \Omega$，因此电路能达到的最小电流为：$I_{小}=\frac{U}{R_{总大}}=\frac{3\ \mathrm{V}}{30\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$，第1次实验的电流为0.08A，小于电路理论上的最小电流，不可能实现，因此第1次数据是拼凑的。
(4) 排除错误数据后，表格中电压变为原来的几倍，对应的电流也变为原来的几倍，因此可得：当导体电阻一定时，通过导体的电流和导体两端的电压成正比。
(5) ② 探究电流与电阻的关系需要控制定值电阻两端电压不变，将5Ω电阻换成10Ω电阻后，根据串联分压原理，定值电阻分得的电压会变大，为了让定值电阻两端电压回到预设的2V，需要增大滑动变阻器接入电路的阻值，由图甲可知滑片向右移动时滑动变阻器接入电阻变大，因此向右移动滑片，移动过程中眼睛要注视电压表的示数，直到电压表示数回到2V。
③ 图乙的I-1/R图像是过原点的直线，说明I与1/R成正比，因此电压一定时，电流与电阻成反比；常规的I-R图像是反比例曲线，很难直观判断电流与电阻的定量关系，而I-1/R图像是过原点的直线，可以直观得出电流与电阻的反比关系。
④ 根据欧姆定律U=IR，电流与总电阻的乘积等于电源电压3V，是三个关系中IR乘积最大的，因此反映电流与总电阻关系的是图线c；其中a是电流与滑动变阻器电阻的关系，b是电流与定值电阻的关系，阴影部分的面积等于$I×(R_{总}-R_{定})$，也就是电流乘以滑动变阻器的阻值，对应物理含义是滑动变阻器两端的电压。
【答案】
(1) 断开
(3) 1
(4) 正
(5) ② 右；电压表
③ 反；图线为一过原点的直线，可以直观得出电流与电阻的关系
④ c；滑动变阻器两端的电压
【知识点】
电路连接规范；欧姆定律；电流与电阻、电压的关系
【点评】
本题是电学探究实验的综合题，覆盖了电路基础操作、串联分压规律、欧姆定律应用、特殊图像分析等多个考点，既考察了学生对基础实验结论的记忆，又通过判断拼凑数据、I-1/R图像对比、阴影面积物理含义推导等设问，考察学生对实验原理的深度理解，区分度较好，是典型的中考电学实验题型。
【难度系数】
0.4
