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4.小吴同学利用图甲中的器材探究导体A、B中电流与两端电压的关系，其中电源电压可调。
(1)连接好图甲所示的电路,试触开关,发现电流表无示数,电压表指针偏转到最大值,原因可能是导体A发生
(2)多次改变导体A两端的电压,并记录对应的
(3)根据电阻的定义可知,导体B的阻值为
(4)小欣同学用上述装置探究导体中的电流与电阻的关系,保持电源电压不变,为了精确控制导体两端的电压,她串联接入滑动变阻器进行实验。
①电路中接入15 Ω的电阻,使电阻两端的电压达到某一固定值,测出电流;
②将15 Ω的电阻替换为B,要使B两端的电压达到固定值,滑动变阻器接入电路的阻值应比前一次实验
③将电阻B替换为A再次进行实验。
三次实验的数据如下表所示,交流时小欣发现第3次实验的数据有误,这是由于接入A后忘记调节滑动变阻器,滑片仍在第2次实验时的位置,此时滑动变阻器接入电路的阻值是
(1)连接好图甲所示的电路,试触开关,发现电流表无示数,电压表指针偏转到最大值,原因可能是导体A发生
断路
。(2)多次改变导体A两端的电压,并记录对应的
电流值
。换用导体B重复上述实验,根据实验数据绘制的图像如图乙所示。分析图像发现,同一导体两端的电压与通过的电流的比值是相同
的,因此将这个比值定义为导体的电阻。(3)根据电阻的定义可知,导体B的阻值为
10
Ω。(4)小欣同学用上述装置探究导体中的电流与电阻的关系,保持电源电压不变,为了精确控制导体两端的电压,她串联接入滑动变阻器进行实验。
①电路中接入15 Ω的电阻,使电阻两端的电压达到某一固定值,测出电流;
②将15 Ω的电阻替换为B,要使B两端的电压达到固定值,滑动变阻器接入电路的阻值应比前一次实验
小
;③将电阻B替换为A再次进行实验。
三次实验的数据如下表所示,交流时小欣发现第3次实验的数据有误,这是由于接入A后忘记调节滑动变阻器,滑片仍在第2次实验时的位置,此时滑动变阻器接入电路的阻值是
10
Ω。答案
4.(1)断路 (2)电流值 相同 (3)10 (4)小 10
【解析】(1)电流表没有示数说明电路可能断路,电压表指针偏转到最大值,说明电压表外侧电路正常,则可能是导体A发生断路。(2)探究导体中电流与其两端电压的关系,采用控制变量法,需要保持电阻的阻值不变,多次改变导体A两端的电压并记录对应的电压、电流值;由图乙可知,通过电阻的电流与其两端的电压的关系图像为过原点的倾斜直线,说明同一导体两端电压与通过的电流的比值是相同的。(3)导体B两端的电压与对应电流的比值为$\frac{U_B}{I_B}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$。
(4)探究电流与电阻的关系时,要保持电阻两端的电压不变。根据表格中的第1次实验数据可知,定值电阻两端的电压应保持$U=IR=0.2\ \mathrm{A}×15\ \Omega=3\ \mathrm{V}$不变;将15 Ω的电阻替换为B,B的电阻是10 Ω,根据串联电路的分压规律可知,滑动变阻器接入电路的电阻也应变小,才能保持分压不变。将电阻B替换为A再次进行实验时,电源电压不变,滑动变阻器接入电路的阻值不变,由串联电路的电压规律和表格中的实验数据可知,第2次实验的电源电压可表示为$U=U_B+U_{\mathrm{滑}}=I_2R_B+I_2R_{\mathrm{滑}}=0.3\ \mathrm{A}×10\ \Omega+0.3\ \mathrm{A}× R_{\mathrm{滑}}$①,第3次实验的电源电压可表示为$U=U_A'+U_{\mathrm{滑}}'=I_3R_A+I_3R_{\mathrm{滑}}=0.4\ \mathrm{A}×5\ \Omega+0.4\ \mathrm{A}× R_{\mathrm{滑}}$②,联立①②可知,电源电压$U=6\ \mathrm{V}$,滑动变阻器接入电路的阻值$R_{\mathrm{滑}}=10\ \Omega$。
【解析】(1)电流表没有示数说明电路可能断路,电压表指针偏转到最大值,说明电压表外侧电路正常,则可能是导体A发生断路。(2)探究导体中电流与其两端电压的关系,采用控制变量法,需要保持电阻的阻值不变,多次改变导体A两端的电压并记录对应的电压、电流值;由图乙可知,通过电阻的电流与其两端的电压的关系图像为过原点的倾斜直线,说明同一导体两端电压与通过的电流的比值是相同的。(3)导体B两端的电压与对应电流的比值为$\frac{U_B}{I_B}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$。
(4)探究电流与电阻的关系时,要保持电阻两端的电压不变。根据表格中的第1次实验数据可知,定值电阻两端的电压应保持$U=IR=0.2\ \mathrm{A}×15\ \Omega=3\ \mathrm{V}$不变;将15 Ω的电阻替换为B,B的电阻是10 Ω,根据串联电路的分压规律可知,滑动变阻器接入电路的电阻也应变小,才能保持分压不变。将电阻B替换为A再次进行实验时,电源电压不变,滑动变阻器接入电路的阻值不变,由串联电路的电压规律和表格中的实验数据可知,第2次实验的电源电压可表示为$U=U_B+U_{\mathrm{滑}}=I_2R_B+I_2R_{\mathrm{滑}}=0.3\ \mathrm{A}×10\ \Omega+0.3\ \mathrm{A}× R_{\mathrm{滑}}$①,第3次实验的电源电压可表示为$U=U_A'+U_{\mathrm{滑}}'=I_3R_A+I_3R_{\mathrm{滑}}=0.4\ \mathrm{A}×5\ \Omega+0.4\ \mathrm{A}× R_{\mathrm{滑}}$②,联立①②可知,电源电压$U=6\ \mathrm{V}$,滑动变阻器接入电路的阻值$R_{\mathrm{滑}}=10\ \Omega$。
解析
【分析】
本题围绕电学实验展开，分四个小问题逐步分析：
1. 电路故障分析：电流表无示数说明电路断路，电压表指针偏到最大值，说明电压表两端能连通电源两极，因此故障为导体A断路；
2. 探究电流与电压的关系时，需控制电阻不变，改变导体两端电压，记录对应的电流值；由图像可知同一导体的U-I图像为过原点的直线，说明电压与电流的比值（电阻）是相同的；
3. 根据欧姆定律R=U/I，从图像中取导体B的一组电压和电流值，即可计算其阻值；
4. 探究电流与电阻的关系时，需保持定值电阻两端电压不变：先算出定值电阻的控制电压，再根据串联分压规律判断滑动变阻器阻值的变化；最后利用电源电压不变，联立两次实验的电压关系，计算出滑动变阻器接入的阻值。
【解析】
(1) 电流表无示数说明电路断路，电压表指针偏到最大值，说明电压表外侧电路正常，因此故障为导体A发生断路；
(2) 探究导体中电流与两端电压的关系，需保持电阻不变，多次改变导体A两端电压，记录对应的电流值；由图乙可知，同一导体的U-I图像为过原点的倾斜直线，说明同一导体两端电压与通过电流的比值是相同的；
(3) 由图乙取导体B的一组数据：$U_B=3\ \mathrm{V}$，$I_B=0.3\ \mathrm{A}$，根据欧姆定律$R_B=\frac{U_B}{I_B}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$；
(4) 探究电流与电阻的关系时，需保持定值电阻两端电压不变：
① 第1次实验中，定值电阻两端控制电压$U=I_1R_1=0.2\ \mathrm{A}×15\ \Omega=3\ \mathrm{V}$；
② 将15 Ω电阻换为B（$R_B=10\ \Omega$），电阻变小，根据串联分压规律，定值电阻分压变小，要保持其分压为3 V，需减小滑动变阻器接入的阻值，使滑动变阻器分压变小，定值电阻分压增大到3 V；
③ 换为导体A（$R_A=5\ \Omega$）后，滑动变阻器阻值不变，电源电压不变，设滑动变阻器阻值为$R_{\mathrm{滑}}$，根据串联电路电压规律：
第2次实验：$U=I_2R_B + I_2R_{\mathrm{滑}}=0.3\ \mathrm{A}×10\ \Omega + 0.3\ \mathrm{A}×R_{\mathrm{滑}}$；
第3次实验：$U=I_3R_A + I_3R_{\mathrm{滑}}=0.4\ \mathrm{A}×5\ \Omega + 0.4\ \mathrm{A}×R_{\mathrm{滑}}$；
联立两式解得：$U=6\ \mathrm{V}$，$R_{\mathrm{滑}}=10\ \Omega$。
【答案】
4.(1)断路 (2)电流值 相同 (3)10 (4)小 10
【知识点】
电流与电压、电阻的关系；欧姆定律；串联电路的分压规律
【点评】
本题是电学实验的综合题，涵盖电路故障分析、探究电流与电压/电阻关系的实验原理、欧姆定律及串联电路规律的应用，注重考查学生的实验分析能力和计算能力，是初中电学的重点题型。
【难度系数】
0.5
本题围绕电学实验展开，分四个小问题逐步分析：
1. 电路故障分析：电流表无示数说明电路断路，电压表指针偏到最大值，说明电压表两端能连通电源两极，因此故障为导体A断路；
2. 探究电流与电压的关系时，需控制电阻不变，改变导体两端电压，记录对应的电流值；由图像可知同一导体的U-I图像为过原点的直线，说明电压与电流的比值（电阻）是相同的；
3. 根据欧姆定律R=U/I，从图像中取导体B的一组电压和电流值，即可计算其阻值；
4. 探究电流与电阻的关系时，需保持定值电阻两端电压不变：先算出定值电阻的控制电压，再根据串联分压规律判断滑动变阻器阻值的变化；最后利用电源电压不变，联立两次实验的电压关系，计算出滑动变阻器接入的阻值。
【解析】
(1) 电流表无示数说明电路断路，电压表指针偏到最大值，说明电压表外侧电路正常，因此故障为导体A发生断路；
(2) 探究导体中电流与两端电压的关系，需保持电阻不变，多次改变导体A两端电压，记录对应的电流值；由图乙可知，同一导体的U-I图像为过原点的倾斜直线，说明同一导体两端电压与通过电流的比值是相同的；
(3) 由图乙取导体B的一组数据：$U_B=3\ \mathrm{V}$，$I_B=0.3\ \mathrm{A}$，根据欧姆定律$R_B=\frac{U_B}{I_B}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$；
(4) 探究电流与电阻的关系时，需保持定值电阻两端电压不变：
① 第1次实验中，定值电阻两端控制电压$U=I_1R_1=0.2\ \mathrm{A}×15\ \Omega=3\ \mathrm{V}$；
② 将15 Ω电阻换为B（$R_B=10\ \Omega$），电阻变小，根据串联分压规律，定值电阻分压变小，要保持其分压为3 V，需减小滑动变阻器接入的阻值，使滑动变阻器分压变小，定值电阻分压增大到3 V；
③ 换为导体A（$R_A=5\ \Omega$）后，滑动变阻器阻值不变，电源电压不变，设滑动变阻器阻值为$R_{\mathrm{滑}}$，根据串联电路电压规律：
第2次实验：$U=I_2R_B + I_2R_{\mathrm{滑}}=0.3\ \mathrm{A}×10\ \Omega + 0.3\ \mathrm{A}×R_{\mathrm{滑}}$；
第3次实验：$U=I_3R_A + I_3R_{\mathrm{滑}}=0.4\ \mathrm{A}×5\ \Omega + 0.4\ \mathrm{A}×R_{\mathrm{滑}}$；
联立两式解得：$U=6\ \mathrm{V}$，$R_{\mathrm{滑}}=10\ \Omega$。
【答案】
4.(1)断路 (2)电流值 相同 (3)10 (4)小 10
【知识点】
电流与电压、电阻的关系；欧姆定律；串联电路的分压规律
【点评】
本题是电学实验的综合题，涵盖电路故障分析、探究电流与电压/电阻关系的实验原理、欧姆定律及串联电路规律的应用，注重考查学生的实验分析能力和计算能力，是初中电学的重点题型。
【难度系数】
0.5
