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小刚和小丽参照如图甲所示的电路图来探究串联电路的电压关系。
【基础设问】
(1)连接电路前,小刚发现电压表指针如图乙所示,接下来他要对电压表进行的操作是。
(2)连接电路时,开关应该。
(3)根据图甲,请用笔画线代替导线,连接图丙中的实物图。
(4)小刚根据图甲电路图连接好电路,闭合开关后,发现电压表示数为零,若只有$L_1$或$L_2$中的一处发生故障,则故障可能是。
(5)排除故障后,小刚用电压表测量$L_1$两端的电压时,直接选用0~3 V的量程,小丽说这样不行,规范的操作方法是先用的量程进行试触,如果试触结果不超过3 V,再改用小量程测量。
(6)小刚正确进行实验和读数,并多次更换小灯泡,测出的几组数据如下表所示。
①分析第1、3、4三组数据,可以得出的结论是。
②分析第2组数据,小刚得出“串联电路各用电器两端电压相等”的结论,请你对这一结论作出评价并说明理由:。
(7)小刚和小丽想探究“并联电路中的电压关系”,小丽把两个灯泡并联起来,想用电压表测量并联电路的总电压。
①小丽连接了如图丁所示电路,闭合开关后,会出现的情况是。
A.只有$L_1$亮
B.只有$L_2$亮
C.$L_1$和$L_2$都亮
D.$L_1$和$L_2$都不亮
②请你检查一下电路,错在哪里?请把接错的一根导线找出来,打上“×”,再用笔画线代替导线将电路连接完整。
③电路连接正确后进行实验,测出灯$L_1$、$L_2$两端的电压分别为$U_1$和$U_2$,并联电路的总电压为$U$,则$U_1$、$U_2$和$U$三者之间的关系是(用已知字母表示)。
【能力设问】
(8)在如图戊所示的电路中,$V_1$、$V_2$都是有0~3 V和0~15 V两个量程的电压表。当闭合开关后,两个电压表指针偏转均如图己所示,则灯$L_1$、$L_2$两端的电压分别为 ()
A.3.2 V,0.8 V
B.4 V,0.8 V
C.0.8 V,4 V
D.0.8 V,3.2 V
【基础设问】
(1)连接电路前,小刚发现电压表指针如图乙所示,接下来他要对电压表进行的操作是。
(2)连接电路时,开关应该。
(3)根据图甲,请用笔画线代替导线,连接图丙中的实物图。
(4)小刚根据图甲电路图连接好电路,闭合开关后,发现电压表示数为零,若只有$L_1$或$L_2$中的一处发生故障,则故障可能是。
(5)排除故障后,小刚用电压表测量$L_1$两端的电压时,直接选用0~3 V的量程,小丽说这样不行,规范的操作方法是先用的量程进行试触,如果试触结果不超过3 V,再改用小量程测量。
(6)小刚正确进行实验和读数,并多次更换小灯泡,测出的几组数据如下表所示。
①分析第1、3、4三组数据,可以得出的结论是。
②分析第2组数据,小刚得出“串联电路各用电器两端电压相等”的结论,请你对这一结论作出评价并说明理由:。
(7)小刚和小丽想探究“并联电路中的电压关系”,小丽把两个灯泡并联起来,想用电压表测量并联电路的总电压。
①小丽连接了如图丁所示电路,闭合开关后,会出现的情况是。
A.只有$L_1$亮
B.只有$L_2$亮
C.$L_1$和$L_2$都亮
D.$L_1$和$L_2$都不亮
②请你检查一下电路,错在哪里?请把接错的一根导线找出来,打上“×”,再用笔画线代替导线将电路连接完整。
③电路连接正确后进行实验,测出灯$L_1$、$L_2$两端的电压分别为$U_1$和$U_2$,并联电路的总电压为$U$,则$U_1$、$U_2$和$U$三者之间的关系是(用已知字母表示)。
【能力设问】
(8)在如图戊所示的电路中,$V_1$、$V_2$都是有0~3 V和0~15 V两个量程的电压表。当闭合开关后,两个电压表指针偏转均如图己所示,则灯$L_1$、$L_2$两端的电压分别为 ()
A.3.2 V,0.8 V
B.4 V,0.8 V
C.0.8 V,4 V
D.0.8 V,3.2 V
答案
(1)调零
(2)断开
(3)如图1所示。
(4)$L_1$短路或$L_2$断路
(5)0~15 V
(6)①串联电路中的总电压等于各用电器两端电压之和 ②不合理,只利用一次数据得出的结论不具有普遍性
(7)①B ②如图2所示。 ③$U = U_1 = U_2$
(8)A
【解析】(4)电压表示数为零,说明没有电流通过电压表,若只有$L_1$或$L_2$中的一处发生故障,则可能是$L_1$短路或$L_2$断路。
(8)由题图戊可知,$L_1$、$L_2$串联,电压表$V_1$测电源电压,电压表$V_2$测$L_2$两端的电压,故电压表$V_1$的示数大于$V_2$的示数。而两个电压表指针偏转相同,则电压表$V_1$选用的量程是0~15 V,分度值为0.5 V,示数为4 V,即电源电压$U=4\ \mathrm{V}$;电压表$V_2$选用的量程是0~3 V,分度值为0.1 V,示数为0.8 V,即$L_2$两端的电压$U_2=0.8\ \mathrm{V}$;由串联电路电压规律可知,$L_1$两端的电压$U_1=U-U_2=4\ \mathrm{V}-0.8\ \mathrm{V}=3.2\ \mathrm{V}$。
(2)断开
(3)如图1所示。
(4)$L_1$短路或$L_2$断路
(5)0~15 V
(6)①串联电路中的总电压等于各用电器两端电压之和 ②不合理,只利用一次数据得出的结论不具有普遍性
(7)①B ②如图2所示。 ③$U = U_1 = U_2$
(8)A
【解析】(4)电压表示数为零,说明没有电流通过电压表,若只有$L_1$或$L_2$中的一处发生故障,则可能是$L_1$短路或$L_2$断路。
(8)由题图戊可知,$L_1$、$L_2$串联,电压表$V_1$测电源电压,电压表$V_2$测$L_2$两端的电压,故电压表$V_1$的示数大于$V_2$的示数。而两个电压表指针偏转相同,则电压表$V_1$选用的量程是0~15 V,分度值为0.5 V,示数为4 V,即电源电压$U=4\ \mathrm{V}$;电压表$V_2$选用的量程是0~3 V,分度值为0.1 V,示数为0.8 V,即$L_2$两端的电压$U_2=0.8\ \mathrm{V}$;由串联电路电压规律可知,$L_1$两端的电压$U_1=U-U_2=4\ \mathrm{V}-0.8\ \mathrm{V}=3.2\ \mathrm{V}$。
解析
【分析】
本题是探究串、并联电路电压关系的实验题，需结合电压表的使用规则、电路连接要求、故障分析方法及串并联电路电压规律解答各小问：连接电路前需先调零电压表，开关断开保护电路；故障分析结合串联电路短路、断路的特点；电压表量程选择需遵循试触原则；实验结论需多次测量避免偶然性；串联电路中测总电压的电压表量程更大，指针偏转相同时可据此读数计算。
【解析】
(1) 连接电路前，电压表指针未对准零刻度线，需对电压表进行调零操作。
(2) 连接电路时，为防止短路损坏器材，开关应断开。
(3) 按图甲串联电路结构，依次连接电源、开关、L₁、L₂，电压表并联在对应待测位置（实物连接略）。
(4) 电压表示数为零且仅一处故障：若L₁短路，电压表测短路的L₁示数为0；若L₂断路，电路断开，电压表无电流通过示数为0，故故障为L₁短路或L₂断路。
(5) 测量未知电压时，为避免量程选小损坏电压表，应先用0~15 V的大量程试触，若结果不超过3 V再换小量程。
(6) ①第1、3、4组数据显示总电压等于L₁和L₂两端电压之和，结论：串联电路中的总电压等于各用电器两端电压之和；②仅用第2组一次数据得出结论，具有偶然性，不普遍，故评价：不合理，只利用一次数据得出的结论不具有普遍性。
(7) ①丁图中电压表串联相当于开路，L₁支路断开，L₂通路，故只有L₂亮，选B；②错误为电压表串联，需将其并联在电路中（改线略）；③并联电路各支路电压相等，等于总电压，故U=U₁=U₂。
(8) 戊图中L₁、L₂串联，V₁测电源电压，V₂测L₂电压，V₁示数更大；两表指针偏转相同，说明量程不同，V₁用0~15 V量程（示数4 V），V₂用0~3 V量程（示数0.8 V），则L₁电压U₁=4 V-0.8 V=3.2 V，故选A。
【答案】
(1) 调零
(2) 断开
(3) （实物连接略）
(4) L₁短路或L₂断路
(5) 0~15 V
(6) ①串联电路中的总电压等于各用电器两端电压之和；②不合理，只利用一次数据得出的结论不具有普遍性
(7) ①B；②（改线略）；③U = U₁ = U₂
(8) A
【知识点】
串联电路电压规律、电压表的使用、电路故障分析
【点评】
本题围绕探究串并联电路电压关系的实验展开，涵盖电压表操作、电路连接、故障判断、实验结论等核心电学实验知识点，注重基础操作与规律应用，是电学实验的典型题型，能有效考查学生的实验探究能力。
【难度系数】
0.6
本题是探究串、并联电路电压关系的实验题，需结合电压表的使用规则、电路连接要求、故障分析方法及串并联电路电压规律解答各小问：连接电路前需先调零电压表，开关断开保护电路；故障分析结合串联电路短路、断路的特点；电压表量程选择需遵循试触原则；实验结论需多次测量避免偶然性；串联电路中测总电压的电压表量程更大，指针偏转相同时可据此读数计算。
【解析】
(1) 连接电路前，电压表指针未对准零刻度线，需对电压表进行调零操作。
(2) 连接电路时，为防止短路损坏器材，开关应断开。
(3) 按图甲串联电路结构，依次连接电源、开关、L₁、L₂，电压表并联在对应待测位置（实物连接略）。
(4) 电压表示数为零且仅一处故障：若L₁短路，电压表测短路的L₁示数为0；若L₂断路，电路断开，电压表无电流通过示数为0，故故障为L₁短路或L₂断路。
(5) 测量未知电压时，为避免量程选小损坏电压表，应先用0~15 V的大量程试触，若结果不超过3 V再换小量程。
(6) ①第1、3、4组数据显示总电压等于L₁和L₂两端电压之和，结论：串联电路中的总电压等于各用电器两端电压之和；②仅用第2组一次数据得出结论，具有偶然性，不普遍，故评价：不合理，只利用一次数据得出的结论不具有普遍性。
(7) ①丁图中电压表串联相当于开路，L₁支路断开，L₂通路，故只有L₂亮，选B；②错误为电压表串联，需将其并联在电路中（改线略）；③并联电路各支路电压相等，等于总电压，故U=U₁=U₂。
(8) 戊图中L₁、L₂串联，V₁测电源电压，V₂测L₂电压，V₁示数更大；两表指针偏转相同，说明量程不同，V₁用0~15 V量程（示数4 V），V₂用0~3 V量程（示数0.8 V），则L₁电压U₁=4 V-0.8 V=3.2 V，故选A。
【答案】
(1) 调零
(2) 断开
(3) （实物连接略）
(4) L₁短路或L₂断路
(5) 0~15 V
(6) ①串联电路中的总电压等于各用电器两端电压之和；②不合理，只利用一次数据得出的结论不具有普遍性
(7) ①B；②（改线略）；③U = U₁ = U₂
(8) A
【知识点】
串联电路电压规律、电压表的使用、电路故障分析
【点评】
本题围绕探究串并联电路电压关系的实验展开，涵盖电压表操作、电路连接、故障判断、实验结论等核心电学实验知识点，注重基础操作与规律应用，是电学实验的典型题型，能有效考查学生的实验探究能力。
【难度系数】
0.6
