3. 核心素养 科学探究 用图甲所示的电路探究通过导体的电流与电压、电阻的关系. 器材有:干电池3节(每节电压略小于1.5 V),滑动变阻器3个(铭牌上分别标有“5 Ω 3 A”“20 Ω 2 A”“50 Ω 1.5 A”字样),电流表、电压表、开关各一个,阻值为5 Ω、10 Ω、20 Ω的电阻各一个,导线若干.

(1)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移至(填“A”或“B”)端.
(2)闭合开关后,电流表和电压表示数为0,移动滑片P,两表指针不偏转;将与电压表“-”接线柱相连的导线从D端拆下,试触C点,电压表指针不偏转,试触B点,电压表指针偏转,若电路中只有一处故障,则可能是.
(3)排除故障后,重新开始实验,探究电流与电压的关系.闭合开关,电压表示数为0.7 V,电流表示数为0.07 A.移动滑片P,逐步增大R两端电压,记录电压表的示数U和对应的电流表的示数I;以电流I为纵坐标、电压U为横坐标,采用描点的方式,画出I-U图像,如图乙所示,依据图像,得到的结论是,实验中选用的滑动变阻器的铭牌上标有字样,电源电压为V.
(4)在探究电流与电阻的关系时,为了能使用上一次的某一组实验数据,断开开关,将R换成5 Ω,闭合开关,移动滑片P,电流表示数如图丙所示为A;断开开关,换接未使用过的一个电阻,正确操作后,电流表示数应为A.

3. (1)B (2)导线BC断路 (3)导体电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比 “50 Ω 1.5 A” 4.2
(4)0.4 0.1
解析:(1)闭合开关前,为了保护电路,应将滑动变阻器的滑片滑动至阻值最大处,即滑片P移至B端.
(2)闭合开关后,电流表示数为0,移动滑片P,两表指针不偏转,说明电路存在断路,电压表示数为0,说明电压表两接线柱无法与电源相连,即断路处不在电阻R;将与电压表“-”接线柱相连的导线从D端拆下,试触C点,电压表指针不偏转,说明故障不在DC之间;试触B点,电压表指针偏转,说明此时电压表与电源接通,则故障在BC之间,故障可能是导线BC断路.
(3)用描点的方式,画出I-U图像,如题图乙所示,图像是一条过原点的斜线,是正比例函数图线,得到的结论是:导体电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比.电路中最小电流为0.07 A,此时导体两端的电压为0.7 V,如果电源电压为4.5 V,滑动变阻器分得的电压为$U_{滑}=U-U_{R}=4.5\ \mathrm{V}-0.7\ \mathrm{V}=3.8\ \mathrm{V}$,此时滑动变阻器的阻值$R_{滑}=\frac{U_{滑}}{I}=\frac{3.8\ \mathrm{V}}{0.07\ \mathrm{A}}\approx54.3\ \Omega$.由题意可知,每节电池的电压略小于1.5 V,滑动变阻器分得的电压略小于3.8 V,滑动变阻器的阻值应略小于54.3 Ω,故选用的滑动变阻器是“50 Ω
1.5 A”的,电源电压:$U=IR_{滑}+U_{R}=0.07\ \mathrm{A}×50\ \Omega+0.7\ \mathrm{V}=4.2\ \mathrm{V}$.
(4)如题图丙,电流表接0~0.6 A量程,分度值为0.02 A,读数为0.4 A.断开开关,将R换成5 Ω,闭合开关,移动滑片P,电流表示数为0.4 A,定值电阻两端的电压保持2 V不变;所以使用上一次的实验数据为(2 V,0.2 A).再次断开开关,换接未使用过的一个电阻,根据(3)可知应是20 Ω,正确操作后,电流表示数应为:$I'=\frac{U'}{R'}=\frac{2\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$.
方法总结 探究电流与电阻的关系时,要保持定值电阻两端的电压不变.换成5 Ω的定值电阻后,根据电流表示数和电阻阻值,可得到控制不变的电压.

【分析】
我们一步步梳理解题思路：
1. 第一问：闭合开关前滑动变阻器要调到接入电路阻值最大的位置，起到保护电路的作用，观察电路接线，滑片移到B端时接入电阻丝最长，阻值最大，因此选B。
2. 第二问：电流表无示数说明电路整体断路，初始电压表也无示数，说明电压表两端无法连通电源。将电压表负接线柱从D拆下，试触C点仍无示数，试触B点电压表偏转，说明从B到电源、从电压表正接线柱到电源都是通路，断路位置就在B、C两点之间，即导线BC断路。
3. 第三问：I-U图像是过原点的倾斜直线，符合正比例规律，可得电阻一定时电流和电压成正比的结论。刚闭合开关时电流最小为0.07A，定值电阻两端电压0.7V，此时滑动变阻器接入最大阻值，结合3节干电池总电压略小于4.5V的条件，估算出需要的滑动变阻器最大阻值约54Ω，因此选“50 Ω 1.5 A”的规格，再代入计算电源电压即可得到4.2V。
4. 第四问：电流表接0~0.6A量程，分度值0.02A，读数为0.4A。探究电流与电阻关系要控制定值电阻两端电压不变，算出此时5Ω电阻两端电压为2V，剩下未使用的电阻是20Ω，代入欧姆定律即可得到对应电流为0.1A。
【解析】
(1) 闭合开关前，为保护电路，滑动变阻器滑片需移到接入电路阻值最大处，由图甲电路可知，滑片P移至B端时接入电阻最大，故填B。
(2) 闭合开关后电流表、电压表示数均为0，移动滑片两表仍不偏转，说明电路存在断路故障，且电压表无法连通电源两极；将电压表“-”接线柱从D端拆下，试触C点电压表不偏转，说明DC段通路；试触B点电压表偏转，说明此时电压表连通电源两极，因此断路故障出现在B、C之间，即导线BC断路。
(3) 绘制的I-U图像为过原点的倾斜直线，符合正比例函数特征，因此结论为：导体电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
刚闭合开关时电流I=0.07A，定值电阻两端电压U_R=0.7V，此时滑动变阻器接入阻值最大，若电源为3节干电池总电压略小于4.5V，滑动变阻器分压U滑≈4.5V-0.7V=3.8V，可得滑动变阻器最大阻值至少为$R_{滑}=\frac{U_{滑}}{I}=\frac{3.8\ \mathrm{V}}{0.07\ \mathrm{A}}\approx54\ \Omega$，因此只能选择规格为“50 Ω 1.5 A”的滑动变阻器；代入计算电源电压$U=U_R + I R_{滑}=0.7\ \mathrm{V} + 0.07\ \mathrm{A}×50\ \Omega=4.2\ \mathrm{V}$。
(4) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，指针指向0.4A位置，读数为0.4A。
探究电流与电阻关系时需控制定值电阻两端电压不变，此时5Ω电阻两端控制电压$U_{定}=I_1 R_1=0.4\ \mathrm{A}×5\ \Omega=2\ \mathrm{V}$；实验提供的电阻为5Ω、10Ω、20Ω，已经使用过5Ω、10Ω，未使用的电阻为20Ω，因此对应电流$I_2=\frac{U_{定}}{R_2}=\frac{2\ \mathrm{V}}{20\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$。
【答案】
(1)B (2)导线BC断路 (3)导体电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；“50 Ω 1.5 A”；4.2 (4)0.4；0.1
【知识点】
滑动变阻器的使用、欧姆定律应用、探究电流与电压电阻的关系
【点评】
本题是电学核心探究实验题，综合考察了电路基本操作、断路故障排查、实验器材选型、控制变量法的应用，其中滑动变阻器规格推导和电源电压计算部分需要结合初始实验条件逻辑推导，对学生的综合分析能力要求较高，是易失分点。
【难度系数】
0.4

4. (2024·无锡中考)小红测量长度为1 m的镍铬合金丝、铜丝的电阻,器材有:电源、开关、滑动变阻器、电流表、电压表、电阻箱(0 ~ 9 999.9 Ω),长度为40 cm的导线若干.

(1)①用如图甲所示的电路测量镍铬合金丝的电阻,请用笔画线代替导线,将电路连接完整.
②闭合开关前,将滑动变阻器的滑片P置于(填“A”或“B”)端.
③正确连接电路后,闭合开关,移动滑片P,读出电压表的示数U和电流表的示数I,记录在表格中.当电压表示数为2 V时,电流表示数如图乙所示为A,则镍铬合金丝的电阻为Ω,分析数据可得:当导体的电阻一定时,.


(2)小红用连接完整的图甲电路测量铜丝电阻时,发现电压表示数始终很小,于是按照图丙的电路图重新连接电路,R为铜丝,R₁为电阻箱,电源电压不变,闭合开关,调节电阻箱接入电路的阻值,当阻值为0.9 Ω时,电压表示数为1 V;当阻值为0.2 Ω时,电压表示数为2 V.则铜丝电阻为Ω,电源电压为V.

4. (1)①见解析图 ②B ③0.4 5 导体中的电流和导体两端的电压成正比 (2)0.5 2.8
解析:(1)①电源由两节干电池组成,电源电压是3 V,电压表选择0~3 V的量程,电压表和镍铬合金丝并联,如图所示:

②为了保护电路,闭合开关前,将滑动变阻器的滑片P置于阻值最大处,即B端.
③由题图乙可知,电流表的量程是0~0.6 A,分度值是0.02 A,电流表的示数是0.4 A,镍铬合金丝的电阻为$R_{镍铬合金丝}=\frac{U_{镍铬合金丝}}{I_{镍铬合金丝}}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=5\ \Omega$;由表中数据可知,电压增大几倍,对应的电流也增大几倍,可以得到结论:当导体的电阻一定时,导体中的电流和导体两端的电压成正比.
(2)当阻值为0.9 Ω时,电压表示数为1 V,由欧姆定律得到$\frac{U}{R+0.9\ \Omega}R=1\ \mathrm{V}···$①;当阻值为0.2 Ω时,电压表示数为2 V,由欧姆定律得到$\frac{U}{R+0.2\ \Omega}R=2\ \mathrm{V}···$②,由①和②得到$R=0.5\ \Omega$,$U=2.8\ \mathrm{V}$.

【分析】
这是一道伏安法测电阻的中考实验题，解题思路如下：1. 第一小问电路连接：电源为两节干电池总电压3V，因此电压表选择0~3V量程并联在待测镍铬合金丝两端即可完成连线；2. 闭合开关前滑动变阻器需调到接入电路阻值最大的位置，起到保护电路的作用，结合滑动变阻器的接线方式可判断滑片位置；3. 电流表读数先明确量程和分度值，读出对应电流后用欧姆定律R=U/I计算待测电阻，分析多组电压、电流的对应关系就能得到电阻一定时的电流电压规律；4. 第二部分的串联电路场景，两次不同的电阻箱接入阻值对应两组电压数据，利用串联电路电流处处相等、电源总电压不变的特点，列两组欧姆定律的方程联立求解，即可算出铜丝电阻和电源电压。
【解析】
(1)① 电源由两节干电池组成，总电压为3V，因此电压表选择0~3V的小量程，将电压表并联在镍铬合金丝两端，保证电流从电压表正接线柱流入、负接线柱流出，完成电路连接。
② 闭合开关前，为保护电路，需将滑动变阻器的滑片移到接入阻值最大的位置，本电路中滑动变阻器下接线柱接在A端，滑片移到B端时接入的电阻丝长度最长，阻值最大，因此滑片P置于B端。
③ 电流表选用0~0.6A量程，该量程分度值为0.02A，指针指向0.4A刻度处，因此电流表示数为0.4A；根据欧姆定律，镍铬合金丝的电阻$R=\frac{U}{I}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=5\ \Omega$；分析多组实验数据可知，导体两端电压增大几倍，对应的电流也增大几倍，因此可得结论：当导体的电阻一定时，导体中的电流和导体两端的电压成正比。
(2) 图丙中铜丝R与电阻箱$R_1$串联，电压表测量铜丝R两端的电压，串联电路电流处处相等，电源总电压U保持不变：
第一次调节电阻箱阻值为0.9Ω时，电路电流$I_1=\frac{U}{R+0.9\ \Omega}$，R两端电压$U_1=I_1R=\frac{UR}{R+0.9\ \Omega}=1\ \mathrm{V}$ ---①
第二次调节电阻箱阻值为0.2Ω时，电路电流$I_2=\frac{U}{R+0.2\ \Omega}$，R两端电压$U_2=I_2R=\frac{UR}{R+0.2\ \Omega}=2\ \mathrm{V}$ ---②
联立①②两式，消去U后解得$R=0.5\ \Omega$，将$R=0.5\ \Omega$代入①式可得电源电压$U=2.8\ \mathrm{V}$。
【答案】
① ② B ③ 0.4；5；导体中的电流和导体两端的电压成正比 (2) 0.5；2.8
【知识点】
伏安法测电阻，串联电路特点，欧姆定律计算
【点评】
本题属于中考电学实验常规题型，考点覆盖了实验操作规范、电表读数、实验结论归纳、串联电路欧姆定律综合计算，难度分层清晰，基础部分侧重考察学生对伏安法测电阻实验的基本掌握，最后联立方程求解的部分对学生的逻辑推导能力有一定要求，能够有效检验学生对电学核心规律的灵活运用能力。
【难度系数】
0.6