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8. (南通海门期末)小明采用图甲所示的仪器进行实验,其中电源电压恒为6 V。
(1) 小明采用图甲探究“电流与电阻的关系”。
①连接电路时,先要
②实验时,闭合开关发现电压表无示数,电流表有示数,原因可能是
③排除故障后小明利用图甲开始实验,当$R_{0}$调为$10\ \Omega$时,移动滑动变阻器,使电压表示数为3 V,记录电流表示数。随后断开开关,直接将$R_{0}$调为$20\ \Omega$,再闭合开关,此时电流表示数为
(2) 小明又用图甲电路测量未知电阻$R_{x}$的阻值,将实验数据通过描点作出其$U-I$图像如图乙所示,但其延长线不过原点,由此分析电压表未调零,且调零前指针在零刻度线
(1) 小明采用图甲探究“电流与电阻的关系”。
①连接电路时,先要
断开
开关,并将滑动变阻器滑片P移到最右
端的位置。②实验时,闭合开关发现电压表无示数,电流表有示数,原因可能是
$R_0$短路
。③排除故障后小明利用图甲开始实验,当$R_{0}$调为$10\ \Omega$时,移动滑动变阻器,使电压表示数为3 V,记录电流表示数。随后断开开关,直接将$R_{0}$调为$20\ \Omega$,再闭合开关,此时电流表示数为
0.2
A,接下来小明该如何操作? 向右移动滑片使电压表示数为3 V
。(2) 小明又用图甲电路测量未知电阻$R_{x}$的阻值,将实验数据通过描点作出其$U-I$图像如图乙所示,但其延长线不过原点,由此分析电压表未调零,且调零前指针在零刻度线
右
侧。将电压表调零后重做实验,将正确的数据在图乙中描点A、B、C,由此可知待测电阻为5
$\Omega$。答案
8. (1) ①断开 右 ②$R_0$短路 ③0.2 向右移动滑片使电压表示数为3 V (2) 右 5
提示:(1) ①连接电路时,先要断开开关,并将滑片移到最右端。②闭合开关后,电流表有示数,电压表无示数,说明电压表测的是空导线的电压,即与电压表并联的$R_0$短路了。③当$R_0=10\ \Omega$时,移动滑片,使电压表示数为3 V,$U_{\mathrm{变}}=6\ \mathrm{V}-3\ \mathrm{V}=3\ \mathrm{V}=U_0$,$R_{\mathrm{变}}=R_0=10\ \Omega$,当$R_0'=20\ \Omega$时,$I=\frac{U}{R_0'+R}=\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega+10\ \Omega}=0.2\ \mathrm{A}$,$U_0'=IR_0'=0.2\ \mathrm{A}× 20\ \Omega=4\ \mathrm{V}$,探究"电流与电阻的关系",应控制导体两端电压$U_0$不变,故需增大$U_{\mathrm{变}}$,即将滑片向右移动使电压表示数为3 V。(2) 图乙中,由A、B、C三点知$R_x=\frac{U}{I}=\frac{1\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.6\ \mathrm{A}}=5\ \Omega$,电压表未调零,$I=0.2\ \mathrm{A}$时,所测电压大于1 V,表明电压表调零前指针在零刻度线右侧。
提示:(1) ①连接电路时,先要断开开关,并将滑片移到最右端。②闭合开关后,电流表有示数,电压表无示数,说明电压表测的是空导线的电压,即与电压表并联的$R_0$短路了。③当$R_0=10\ \Omega$时,移动滑片,使电压表示数为3 V,$U_{\mathrm{变}}=6\ \mathrm{V}-3\ \mathrm{V}=3\ \mathrm{V}=U_0$,$R_{\mathrm{变}}=R_0=10\ \Omega$,当$R_0'=20\ \Omega$时,$I=\frac{U}{R_0'+R}=\frac{6\ \mathrm{V}}{20\ \Omega+10\ \Omega}=0.2\ \mathrm{A}$,$U_0'=IR_0'=0.2\ \mathrm{A}× 20\ \Omega=4\ \mathrm{V}$,探究"电流与电阻的关系",应控制导体两端电压$U_0$不变,故需增大$U_{\mathrm{变}}$,即将滑片向右移动使电压表示数为3 V。(2) 图乙中,由A、B、C三点知$R_x=\frac{U}{I}=\frac{1\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}}=\frac{2\ \mathrm{V}}{0.4\ \mathrm{A}}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.6\ \mathrm{A}}=5\ \Omega$,电压表未调零,$I=0.2\ \mathrm{A}$时,所测电压大于1 V,表明电压表调零前指针在零刻度线右侧。
解析
【分析】
本题分为探究“电流与电阻的关系”和测量未知电阻阻值两部分。
(1) 探究“电流与电阻的关系”：
① 连接电路时，为保护电路需断开开关，滑动变阻器需调至最大阻值处，结合甲图确定滑片位置；
② 电流表有示数说明电路通路，电压表无示数说明电压表并联部分短路；
③ 先根据串联电路规律和欧姆定律计算电流，再结合实验“控制电阻两端电压不变”的要求确定滑片操作。
(2) 测量未知电阻：
利用U-I图像中数据，通过欧姆定律计算Rx；根据图像延长线特点，分析电压表未调零的指针位置。
【解析】
(1) ① 连接电路时，为避免短路损坏元件，先要断开开关；闭合开关前滑动变阻器需调至最大阻值，甲图中滑片移到最右端时接入电阻最大，故填“右”。
② 电流表有示数说明电路是通路，电压表无示数说明电压表所测的R0短路，因此故障为R0短路。
③ 当R0=10Ω时，电压表示数为3V，电源电压6V，滑动变阻器两端电压为6V-3V=3V，串联电路电流相等，故滑动变阻器电阻等于R0=10Ω。更换R0为20Ω后，总电阻R总=20Ω+10Ω=30Ω，电流I=U总/R总=6V/30Ω=0.2A；此时R0两端电压为0.2A×20Ω=4V，探究电流与电阻关系需控制R0两端电压为3V，需增大滑动变阻器分压，即向右移动滑片（增大滑动变阻器接入电阻），使电压表示数为3V。
(2) 由图乙A点：I=0.2A，U=1V，Rx=U/I=1V/0.2A=5Ω；B点：2V/0.4A=5Ω，C点：3V/0.6A=5Ω，故Rx=5Ω。U-I图像延长线不过原点，说明电压表未调零，当电流为0时电压表仍有正示数，说明调零前指针在零刻度线右侧。
【答案】
(1) ①断开；右 ②R₀短路 ③0.2；向右移动滑片使电压表示数为3V (2) 右；5
【知识点】
电流与电阻的关系；欧姆定律；电路故障分析
【点评】
本题综合考查电学实验的操作规范、故障判断、欧姆定律应用及U-I图像分析，需要学生掌握实验核心原理，对综合应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.5
本题分为探究“电流与电阻的关系”和测量未知电阻阻值两部分。
(1) 探究“电流与电阻的关系”：
① 连接电路时，为保护电路需断开开关，滑动变阻器需调至最大阻值处，结合甲图确定滑片位置；
② 电流表有示数说明电路通路，电压表无示数说明电压表并联部分短路；
③ 先根据串联电路规律和欧姆定律计算电流，再结合实验“控制电阻两端电压不变”的要求确定滑片操作。
(2) 测量未知电阻：
利用U-I图像中数据，通过欧姆定律计算Rx；根据图像延长线特点，分析电压表未调零的指针位置。
【解析】
(1) ① 连接电路时，为避免短路损坏元件，先要断开开关；闭合开关前滑动变阻器需调至最大阻值，甲图中滑片移到最右端时接入电阻最大，故填“右”。
② 电流表有示数说明电路是通路，电压表无示数说明电压表所测的R0短路，因此故障为R0短路。
③ 当R0=10Ω时，电压表示数为3V，电源电压6V，滑动变阻器两端电压为6V-3V=3V，串联电路电流相等，故滑动变阻器电阻等于R0=10Ω。更换R0为20Ω后，总电阻R总=20Ω+10Ω=30Ω，电流I=U总/R总=6V/30Ω=0.2A；此时R0两端电压为0.2A×20Ω=4V，探究电流与电阻关系需控制R0两端电压为3V，需增大滑动变阻器分压，即向右移动滑片（增大滑动变阻器接入电阻），使电压表示数为3V。
(2) 由图乙A点：I=0.2A，U=1V，Rx=U/I=1V/0.2A=5Ω；B点：2V/0.4A=5Ω，C点：3V/0.6A=5Ω，故Rx=5Ω。U-I图像延长线不过原点，说明电压表未调零，当电流为0时电压表仍有正示数，说明调零前指针在零刻度线右侧。
【答案】
(1) ①断开；右 ②R₀短路 ③0.2；向右移动滑片使电压表示数为3V (2) 右；5
【知识点】
电流与电阻的关系；欧姆定律；电路故障分析
【点评】
本题综合考查电学实验的操作规范、故障判断、欧姆定律应用及U-I图像分析，需要学生掌握实验核心原理，对综合应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.5
9. (南通如皋期末)在“测小灯泡正常发光时的电阻”的实验中,小华连接了如图甲所示的实物图。电源电压为3 V,小灯泡的额定电压为2.5 V,所用滑动变阻器的最大阻值为20 Ω。
(1) 经检查发现电路中有根导线连接错误。请在错误的导线上打“×”,并用笔画线代替导线,将电路连接正确。
(2) 连好电路后,闭合开关,灯泡不亮,此时电压表示数为 0.1 V,电流表示数为0.04 A,原因可能是
(3) 问题排除后,闭合开关并移动滑片,当电压表示数为 1.8 V 时,电流表示数如图乙所示,则此时小灯泡的电阻为
(4) 进一步分析实验数据,可判断小灯泡未接入电路前,灯丝阻值的可能范围是
(5) 小华还想探究“电压一定时,电流与电阻的关系”,于是将图甲中的小灯泡换成四个阻值分别为 4 Ω、6 Ω、8 Ω 和10 Ω 的定值电阻,其余连接均不变。在调节滑动变阻器时,小华眼睛应关注
(1) 经检查发现电路中有根导线连接错误。请在错误的导线上打“×”,并用笔画线代替导线,将电路连接正确。
(2) 连好电路后,闭合开关,灯泡不亮,此时电压表示数为 0.1 V,电流表示数为0.04 A,原因可能是
$U_{\mathrm{L实}}$太小,达不到发光要求
。(3) 问题排除后,闭合开关并移动滑片,当电压表示数为 1.8 V 时,电流表示数如图乙所示,则此时小灯泡的电阻为
10
Ω;为使小灯泡正常发光,应将滑片向左
端移动。(4) 进一步分析实验数据,可判断小灯泡未接入电路前,灯丝阻值的可能范围是
$0∼ 2.5\ \Omega$
。(5) 小华还想探究“电压一定时,电流与电阻的关系”,于是将图甲中的小灯泡换成四个阻值分别为 4 Ω、6 Ω、8 Ω 和10 Ω 的定值电阻,其余连接均不变。在调节滑动变阻器时,小华眼睛应关注
电压表
(填“电流表”或“电压表”)示数,为了能顺利得到 4 组$I-R$数据并完成实验,定值电阻两端预设电压的范围为1
V~2.4 V。答案
9. (1) 如图所示
(2) $U_{\mathrm{L实}}$太小,达不到发光要求 (3) 10 左 (4) $0∼ 2.5\ \Omega$ (5) 电压表 1提示:(2) 正确连好电路后,闭合开关,灯泡L不亮,电压表示数为0.1 V,电流表示数为0.04 A,此时灯泡两端的电压太小,达不到发光要求。(3) 问题排除后,当电压表示数为1.8 V时,电流表示数为0.18 A,灯丝电阻$R_1=\frac{U_1}{I_1}=\frac{1.8\ \mathrm{V}}{0.18\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$,为使灯泡正常发光,应增大灯泡两端的电压,即减小滑动变阻器连入的电阻,故滑片向左移动,直到电压表示数为2.5 V。(4) 灯泡不发光时,灯丝电阻$R_2=\frac{U_2}{I_2}=\frac{0.1\ \mathrm{V}}{0.04\ \mathrm{A}}=2.5\ \Omega＜R_1$,可判断灯泡未接入电路前,灯丝电阻小于$R_1$,即灯丝电阻的可能范围是$0∼ 2.5\ \Omega$。(5) 探究电流与电阻的关系时,要控制电压表示数不变,在调节滑片时,眼睛应关注电压表示数,因$\frac{U-U_{\mathrm{定}}}{U_{\mathrm{定}}}=\frac{R_{\mathrm{变}}}{R_{\mathrm{定}}}$,当$R_{\mathrm{变}}$连入的阻值最大、$R_{\mathrm{定}}$最大时$U_{\mathrm{定}}$最小,即$\frac{3\ \mathrm{V}-U_{\mathrm{定小}}}{U_{\mathrm{定小}}}=\frac{20\ \Omega}{10\ \Omega}$,得$U_{\mathrm{定小}}=1\ \mathrm{V}$,故定值电阻两端预设电压的范围为1 V~2.4 V。
解析
【分析】
本题为电学实验综合题，需分步骤解决各小问：(1) 明确测小灯泡电阻时电压表应并联在灯泡两端，找出错误导线并修正；(2) 根据灯泡的实际电压和电流，分析不发光的原因；(3) 读取电流表示数，利用欧姆定律计算电阻，再根据串联分压规律判断滑片移动方向；(4) 结合灯丝电阻随温度变化的特点，计算未发光时的电阻范围；(5) 根据探究电流与电阻关系的实验要求，确定观察的电表，再利用串联分压公式计算预设电压的范围。
【解析】
(1) 测小灯泡正常发光电阻时，电压表需并联在小灯泡两端。原电路中连接小灯泡左端与开关的导线错误，在该导线上打“×”，将电压表并联到小灯泡两端（修正后电路如图所示）。
(2) 闭合开关后，灯泡的实际功率$P=U_{\mathrm{实}}I_{\mathrm{实}}=0.1\ \mathrm{V} × 0.04\ \mathrm{A}=0.004\ \mathrm{W}$，实际功率过小，灯泡的实际电压太小，达不到发光要求，故灯泡不亮。
(3) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，示数$I=0.18\ \mathrm{A}$，此时小灯泡的电阻$R=\frac{U}{I}=\frac{1.8\ \mathrm{V}}{0.18\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$；要使灯泡电压从1.8V升高到额定电压2.5V，需减小滑动变阻器接入电路的电阻，增大灯泡两端电压，因此滑片应向左移动。
(4) 灯泡未接入电路时，灯丝温度低，电阻小于发光时的电阻。由(2)中数据，灯泡不发光时的电阻$R'=\frac{0.1\ \mathrm{V}}{0.04\ \mathrm{A}}=2.5\ \Omega$，故未接入电路前灯丝阻值范围为$0 ∼ 2.5\ \Omega$。
(5) 探究“电压一定时，电流与电阻的关系”，需控制定值电阻两端电压不变，因此调节滑动变阻器时应关注电压表的示数；根据串联分压规律$\frac{U-U_{\mathrm{定}}}{U_{\mathrm{定}}}=\frac{R_{\mathrm{滑}}}{R_{\mathrm{定}}}$，当滑动变阻器接入最大阻值20Ω、定值电阻最大10Ω时，预设电压最小，代入得$\frac{3\ \mathrm{V}-U_{\mathrm{定小}}}{U_{\mathrm{定小}}}=\frac{20\ \Omega}{10\ \Omega}$，解得$U_{\mathrm{定小}}=1\ \mathrm{V}$，故预设电压范围为$1\ \mathrm{V} ∼ 2.4\ \mathrm{V}$。
【答案】
(1) (2) $U_{\mathrm{L实}}$太小，达不到发光要求 (3) $10$；左 (4) $0 ∼ 2.5\ \Omega$ (5) 电压表；$1$
【知识点】
伏安法测电阻、串联分压、电流与电阻的关系
【点评】
本题综合考查电学实验的核心知识点，涵盖电路连接、故障分析、电阻计算、实验探究等，要求学生熟练掌握实验原理与操作方法，是电学实验的典型综合题。
【难度系数】
0.5
本题为电学实验综合题，需分步骤解决各小问：(1) 明确测小灯泡电阻时电压表应并联在灯泡两端，找出错误导线并修正；(2) 根据灯泡的实际电压和电流，分析不发光的原因；(3) 读取电流表示数，利用欧姆定律计算电阻，再根据串联分压规律判断滑片移动方向；(4) 结合灯丝电阻随温度变化的特点，计算未发光时的电阻范围；(5) 根据探究电流与电阻关系的实验要求，确定观察的电表，再利用串联分压公式计算预设电压的范围。
【解析】
(1) 测小灯泡正常发光电阻时，电压表需并联在小灯泡两端。原电路中连接小灯泡左端与开关的导线错误，在该导线上打“×”，将电压表并联到小灯泡两端（修正后电路如图所示）。
(2) 闭合开关后，灯泡的实际功率$P=U_{\mathrm{实}}I_{\mathrm{实}}=0.1\ \mathrm{V} × 0.04\ \mathrm{A}=0.004\ \mathrm{W}$，实际功率过小，灯泡的实际电压太小，达不到发光要求，故灯泡不亮。
(3) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，示数$I=0.18\ \mathrm{A}$，此时小灯泡的电阻$R=\frac{U}{I}=\frac{1.8\ \mathrm{V}}{0.18\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$；要使灯泡电压从1.8V升高到额定电压2.5V，需减小滑动变阻器接入电路的电阻，增大灯泡两端电压，因此滑片应向左移动。
(4) 灯泡未接入电路时，灯丝温度低，电阻小于发光时的电阻。由(2)中数据，灯泡不发光时的电阻$R'=\frac{0.1\ \mathrm{V}}{0.04\ \mathrm{A}}=2.5\ \Omega$，故未接入电路前灯丝阻值范围为$0 ∼ 2.5\ \Omega$。
(5) 探究“电压一定时，电流与电阻的关系”，需控制定值电阻两端电压不变，因此调节滑动变阻器时应关注电压表的示数；根据串联分压规律$\frac{U-U_{\mathrm{定}}}{U_{\mathrm{定}}}=\frac{R_{\mathrm{滑}}}{R_{\mathrm{定}}}$，当滑动变阻器接入最大阻值20Ω、定值电阻最大10Ω时，预设电压最小，代入得$\frac{3\ \mathrm{V}-U_{\mathrm{定小}}}{U_{\mathrm{定小}}}=\frac{20\ \Omega}{10\ \Omega}$，解得$U_{\mathrm{定小}}=1\ \mathrm{V}$，故预设电压范围为$1\ \mathrm{V} ∼ 2.4\ \mathrm{V}$。
【答案】
(1)
(2) $U_{\mathrm{L实}}$太小，达不到发光要求 (3) $10$；左 (4) $0 ∼ 2.5\ \Omega$ (5) 电压表；$1$【知识点】
伏安法测电阻、串联分压、电流与电阻的关系
【点评】
本题综合考查电学实验的核心知识点，涵盖电路连接、故障分析、电阻计算、实验探究等，要求学生熟练掌握实验原理与操作方法，是电学实验的典型综合题。
【难度系数】
0.5
