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典例分析1(2024·湖北武汉中考)某同学利用图甲所示的电路探究电阻一定时电流与电压的关系。实验中电源电压保持3 V不变，定值电阻的阻值为4 Ω，滑动变阻器的规格为“20 Ω 0.5 A”。
乙
(1)该同学接错了一根导线,请你在这根导线上打“×”,并补画出正确的导线。
(2)正确改接电路后,该同学立即进行实验,闭合开关后,电流表的示数如图乙所示,此时通过定值电阻的电流是
(3)该同学完成了预先设计好的表格中的4次实验,将得到的实验数据填入表格。
分析表中已测出的数据,可以初步得到实验结论:在电阻一定的情况下,通过导体的电流与导体两端的电压
乙
(1)该同学接错了一根导线,请你在这根导线上打“×”,并补画出正确的导线。
(2)正确改接电路后,该同学立即进行实验,闭合开关后,电流表的示数如图乙所示,此时通过定值电阻的电流是
0.22
A。这位同学实验操作的不足之处是闭合开关前,没有将滑片移到滑动变阻器最左端
。(3)该同学完成了预先设计好的表格中的4次实验,将得到的实验数据填入表格。
分析表中已测出的数据,可以初步得到实验结论:在电阻一定的情况下,通过导体的电流与导体两端的电压
成正比
。为了进一步验证这个结论,该同学利用现有器材,在不改变电路连接的情况下,表格里余下的4次实验中,他还能完成1
次。答案
(1) 如图所示
(2) 0.22 A，闭合开关前，没有将滑片移到滑动变阻器最左端
(3) 成正比，1
解析 (1)原电路中,电流表与电压表串联,是错误的,电压表应并联在定值电阻两端,电流表应串联在电路中。(2)由题图乙可知,电流表使用的测量范围是0～0.6 A,分度值为0.02 A,示数为0.22 A。该同学正确改接电路后,立即进行实验,由题图甲可知,这位同学实验操作的不足之处是闭合开关前,没有将滑片移到滑动变阻器最左端。(3)分析题表中的这些数据,可以得出结论:在电阻一定的情况下,通过导体的电流和导体两端的电压成正比。由滑动变阻器的规格“20 Ω 0.5 A”可知,滑动变阻器的最大阻值为20 Ω,允许通过的最大电流为0.5 A。当定值电阻两端电压$U_1=0.3\ \mathrm{V}$时,滑动变阻器两端的电压$U_{\mathrm{滑}}=U-U_1=3\ \mathrm{V}-0.3\ \mathrm{V}=2.7\ \mathrm{V}$,由串联电路中电流处处相等可知,$\frac{U_1}{R}=\frac{U_{\mathrm{滑}}}{R_{\mathrm{滑}}}$,即$\frac{0.3\ \mathrm{V}}{4\ \Omega}=\frac{2.7\ \mathrm{V}}{R_{\mathrm{滑}}}$,则$R_{\mathrm{滑}}=36\ \Omega＞20\ \Omega$,所以此实验不能完成;由滑动变阻器的规格可知,电路中允许通过的最大电流为0.5 A,此时定值电阻两端的最大电压$U'=0.5\ \mathrm{A}×4\ \Omega=2\ \mathrm{V}$,所以电压为2.1 V、2.4 V的两次实验不能完成,只有电压为1.8 V的这一次实验可以完成。
解析
【分析】
本题为探究“电阻一定时电流与电压的关系”的电学实验题，解题思路如下：
1. 第(1)问：先判断原电路错误：电流表与电压表串联，不符合实验要求，需找到错误导线，将电压表并联在定值电阻两端、电流表串联在电路中，完成正确连线。
2. 第(2)问：电流表读数需先确定量程（0~0.6A）和分度值（0.02A），读取示数；实验操作不足：改接电路后立即闭合开关，未将滑动变阻器滑片调至最大阻值处，违反实验操作规范。
3. 第(3)问：根据实验数据，电阻一定时电流与电压比值恒定，得出电流与电压成正比的结论；结合滑动变阻器的最大阻值和允许的最大电流，计算定值电阻两端的最大电压，判断可完成的实验次数。
【解析】
(1) 原电路中，电流表与电压表串联，错误导线为连接电流表负接线柱与定值电阻左接线柱的导线（打×），正确连接为将电压表并联在定值电阻两端，电流表串联在电路中（图如下）：
(2) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，示数为0.22A；改接电路后立即实验，闭合开关前未将滑动变阻器滑片移到最大阻值处（最左端），这是操作不足之处。
(3) 分析实验数据，电阻一定时，电流与电压的比值为定值，故结论为：在电阻一定的情况下，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；
滑动变阻器最大阻值为20Ω，允许通过的最大电流为0.5A，定值电阻两端最大电压$U_{max}=I_{max}R=0.5A×4Ω=2V$；
当定值电阻两端电压为0.3V时，滑动变阻器需分担电压$U_{滑}=3V-0.3V=2.7V$，由串联分压得$R_{滑}=\frac{U_{滑}}{U_{1}}R=\frac{2.7V}{0.3V}×4Ω=36Ω＞20Ω$，无法完成；
余下实验中，仅电压为1.8V≤2V，可完成；电压2.1V、2.4V均超过2V，无法完成，故还能完成1次实验。
【答案】
(1)
(2) 0.22；闭合开关前，没有将滑片移到滑动变阻器最左端
(3) 成正比；1
【知识点】
欧姆定律；电流与电压的关系；滑动变阻器的使用
【点评】
本题是中考电学实验的典型题型，综合考查电路改错、电表读数、实验操作规范、实验结论推导及器材限制分析，对学生的实验能力和计算能力有一定要求，是中等难度的实验题。
【难度系数】
0.5
本题为探究“电阻一定时电流与电压的关系”的电学实验题，解题思路如下：
1. 第(1)问：先判断原电路错误：电流表与电压表串联，不符合实验要求，需找到错误导线，将电压表并联在定值电阻两端、电流表串联在电路中，完成正确连线。
2. 第(2)问：电流表读数需先确定量程（0~0.6A）和分度值（0.02A），读取示数；实验操作不足：改接电路后立即闭合开关，未将滑动变阻器滑片调至最大阻值处，违反实验操作规范。
3. 第(3)问：根据实验数据，电阻一定时电流与电压比值恒定，得出电流与电压成正比的结论；结合滑动变阻器的最大阻值和允许的最大电流，计算定值电阻两端的最大电压，判断可完成的实验次数。
【解析】
(1) 原电路中，电流表与电压表串联，错误导线为连接电流表负接线柱与定值电阻左接线柱的导线（打×），正确连接为将电压表并联在定值电阻两端，电流表串联在电路中（图如下）：
(2) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，示数为0.22A；改接电路后立即实验，闭合开关前未将滑动变阻器滑片移到最大阻值处（最左端），这是操作不足之处。
(3) 分析实验数据，电阻一定时，电流与电压的比值为定值，故结论为：在电阻一定的情况下，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；
滑动变阻器最大阻值为20Ω，允许通过的最大电流为0.5A，定值电阻两端最大电压$U_{max}=I_{max}R=0.5A×4Ω=2V$；
当定值电阻两端电压为0.3V时，滑动变阻器需分担电压$U_{滑}=3V-0.3V=2.7V$，由串联分压得$R_{滑}=\frac{U_{滑}}{U_{1}}R=\frac{2.7V}{0.3V}×4Ω=36Ω＞20Ω$，无法完成；
余下实验中，仅电压为1.8V≤2V，可完成；电压2.1V、2.4V均超过2V，无法完成，故还能完成1次实验。
【答案】
(1)
(2) 0.22；闭合开关前，没有将滑片移到滑动变阻器最左端
(3) 成正比；1
【知识点】
欧姆定律；电流与电压的关系；滑动变阻器的使用
【点评】
本题是中考电学实验的典型题型，综合考查电路改错、电表读数、实验操作规范、实验结论推导及器材限制分析，对学生的实验能力和计算能力有一定要求，是中等难度的实验题。
【难度系数】
0.5
