电学实验探究题（解析版）

决胜中考2019物理分类命题解密专题十一电学实验探究题（解析卷）科学实验与探究是物理学习的重要内容，也是一种认识科学、应用科学的物理方法。进行科学探究活动的一般思维程序是：提出问题→建立假说（或猜想）→实验检验→归纳分析→解决问题（或得出结论）→实验修正。探究性试题是考查学生综合分析能力、归纳总结能力、发散性思维和创造性思维能力的中考热点题型，是近年来中考必考内容。探究性试题可分为：现象探究、方法探究、实验探究、数据探究、阅读情景探究等。解答此类试题要具备定的知识基础、能力基础、生活经验基础。思维方法是发掘物理现象与物理知识、物理过程与物理方法之间隐含的联系，找到物理知识、物理规律的应用原型，是学生能力得到锻炼与升华的过程。实验探究题主要以选择、填空、解答、分析为主。电学实验探究题的分类与解法：1.考查内容（1）基本测量仪器仪表使用与掌握情况，灵活使用电流表、电压表、滑动变阻器的能力。（2）综合应用知识解决问题的能力。（3）设计实验的能力。（4）思维发展能力、创新能力。2.考查形式：选择、填空、连线作图、电路故障分析、实验方案设计。3.考查重点和热点：电学仪表的使用、滑动变阻器的作用、验证电学规律、电学量的测量、创新能力。考查难点：创新设计实验和对实验过程进行评估。4.题目分类及分类解法技巧（1）考查测量仪器的读数和使用：关于实验器材的读数是物理实验的一个基本要素，也是考察实验基本技能的一种重要手段。新课程标准要求学生应熟练掌握刻度尺、秒表、温度计、托盘天平、量筒、弹簧测力计、电流表、电压表和电能表这九种测量工具的读数方法。其中，电学主要是电流表、电压表读数和滑动变阻器的接线，有时也将电能表与秒表组合探究家用电器的功率。攻略：读数前都应首先弄清测量工具的量程、分度值、零刻线的位置。学生实验中电压表两个量程分别是0～3V和0～15V，分度值对应的是0.1V和0.5V；电流表量程分别0～0.6A和0～3A分度值对应的是0.02A和0.1A。滑动变阻器的接线通常只考“一上一下”的接线方式，影响接入电阻大小的是所使用的下接线柱和滑片的移动方向，滑片靠近所使用的下接线柱，接入电阻变小，相应的电流就变大。（2）考查实验探究方法：研究物理问题的方法很多，如控制变量法、等效替代法、推理法、模型法、类比法、转换法、归纳法等，其中控制变量法、转换法的应用最为普遍，对这些研究方法要理解和掌握。5.电学实验探究题主要内容：探究电流与电压关系、电流与电阻关系、欧姆定律、测量小灯泡额定功率、测量电阻额定功率、电阻测量、焦耳定律、电与磁等。一、电流与电压关系探究实验【典例1】（2018•淄博）下图是小明同学探究电流与电压、电阻关系的电路图，提供的器材有：6V的电源一个，电流表（0﹣0.6A，0～3A）。电压表（0﹣3V，0～15V）各一个，开关一个，5Ω、10Ω、15Ω、30Ω的定值电阻各一个，“20Ω1A”的滑动变阻器一个，导线若干（忽略导线电阻），以上实验器材完好无损，实验中数据读取准确无误。（1）探究电流与电压的关系时，移动滑动变阻器的滑片，改变电阻两端的电压，进行了多次测量，归纳得出的规律。（2）探究电流与电阻的关系时，测得的几组数据如下表所示。由于操作不当，导致表中第3次实验的数据存在错误，出错的原因是。纠正错误以后，小明用30Ω的电阻替换15Ω电阻进行第4次实验，发现实验无法进行下去，为完成第4次实验，请给小明提出可行的解决方案（不限于提供的实验器材）：。实验次数电阻R/Ω电流I/A150.62100.33150.24（3）利用该实验电路图也可以测量定值电阻的阻值，实验中也要进行多次测量，其目的是；将定值电阻换成小灯泡后，利用该实验电路图还可以“测量小灯泡的电功率”，实验中也要移动滑动变阻器的滑片，其目的是。若被测小灯泡的额定电压为3.8V，在调节滑片使小灯泡正常发光时，电压表的示数很难准确达到3.8V。测量误差较大，为此，小明改动电路，在不更换现有器材的情况下，提高了测量数据的精确度。请补全小明的做法：断开开关；闭合开关，；读出此时电流表的示数；计算小灯泡的额定功率。【解析】（1）电阻不变时，电流与电压成正比；（2）研究电流与电阻关系时，要控制电阻的电压不变，根据串联电路的规律和欧姆定律，求出第2次实验时滑动变阻器接入的阻值；由欧姆定律，分析在第3次实验数据，由欧姆定律和电阻的串联求出变阻器连入电路中的电阻，据此分析；（3）测量定值电阻的阻值，实验中进行多次测量，其目的是：取平均值减小误差；利用该实验电路图还可以“测量小灯泡的电功率”，实验中也要移动滑动变阻器的滑片，其目的是改变灯的电压；根据串联电路电压的规律，当灯变阻器的电将R2换为R3=15Ω时，根据电阻的串联，变阻器的电阻R滑=25Ω﹣15Ω=10Ω，即滑动变阻器滑片位置不动，故第3次实验时，没有移动滑片就读电流表示数了；由于电压一定时，导体中的电流与其电阻成反比，故应该为0.2A；（3）利用该实验电路图也可以测量定值电阻的阻值，实验中也要进行多次测量，其目的是：取平均值减小误差；将定值电阻换成小灯泡后，利用该实验电路图还可以“测量小灯泡的电功率”，实验中也要移动滑动变阻器的滑片，其目的是改变灯的电压；根据串联电路电压的规律，当灯变阻器的电压为6V﹣3.8V=2.2V时，灯的电压为3.8V，故可将电压表小量程（0﹣3V）并联在变阻器的两端，而电压表小量程分度度值为0.1V，故测量2.2V电压较为准确；故断开开关，将电压表小量程（0﹣3V）并联在变阻器的两端，闭合开关，移动变阻器的滑片，当电压表示数为2.2V时，读出此时电流表的示数；计算小灯泡的额定功率。故答案为：（1）电阻不变时，电流与电压成正比；（2）3；滑动变阻器滑片没有调节就读数了；换用最大阻值至少为30Ω的变阻器；（3）取平均值减小误差；改变灯的电压；将电压表小量程（0﹣3V）并联在变阻器的两端；移动变阻器的滑片，当电压表示数为2.2V时。二、电流与电阻关系探究实验【典例2】在探究“电流与电阻的关系”的实验过程中，小明选择了、、、五个电阻进行实验，电路图如图甲所示。请用笔画线代替导线将图乙中未完成的电路完成，且使变阻器滑片向右移动时电流表示数变大。导线不能交叉连接好电路，闭合开关，发现电流表没有示数，移动滑动变阻器的滑片，电压表示数始终接近电源电压。造成这一现象的原因可能是______填字母。A.电阻断路电流表坏了滑动变阻器短路电阻短路排除电路故障进行实验。为达到实验目的，滑动变阻器除了起到保护电路的作用外，还起到______的作用。实验中，当把的电阻换成的电阻后，应把变阻器滑片向______填“左”或“右”滑动，同时眼睛盯住______才可能达到这个目的。根据实验数据，作出图象如图丙所示。根据实验目的分析图象可得出结论：______。【解析】由图甲，R与滑动变阻器串联，电压表测R两端电压，滑片向右移动时电流表示数变大，解答：由图甲，实验中电压表测R两端电压，滑动变阻器与R串联，滑片向右移动时电流表示数变大，即电阻变小，所以应把变阻器右下角接线柱接入电路。如图所示：、闭合开关，发现电流表没有示数，移动滑动变阻器的滑片，电压表示数始终接近电源电压，原因可能是电压表所测量的电阻断路，这样使得电压表串联入电路中，故A符合题意；B、如果电流表坏了，整个电路断路，电压表也不会有示数，故B不合题意；C、如果滑动变阻器短路，电流表会有示数，且更大，故C不合题意；D、如果电阻短路，则电压表的示数将为零，且电流表的示数将变大，故D不合题意。探究“电流与电阻的关系”，应不断改变电阻阻值而控制电阻两端电压不变，该实验中滑动变阻器三、小灯泡额定功率探究实验【典例3】（2018·遵义）在“测小灯泡电功率”的实验中，实验室有以下器材：电源（电压恒为4.5V）、标有2.5V的小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器“20Ω、1A”、开关各一个，定值电阻三个（10Ω、20Ω、30Ω）、导线若干。（1）请用笔画线代替导线，将图甲中电路连接完整。要求：滑动变阻器滑片向左移动时小灯泡亮度变亮。（2）电路连接好后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片进行多次实验，并将其中三次数据记录在表格中，根据数据求出小灯泡的额定功率为W。实验次数123电压表示U/V2.02.52.8电流表示数I/A0.200.240.26（3）上述实验结束后，小华同学想进一步“探究电流与电阻的关系”，他将小灯泡取下后，按图乙电路在R的位置依次换成已有的定值电阻（10Ω、20Ω、30Ω）先后接入电路，为保证每次都能将接入的定值电阻两端电压调为2.5V，应在电路中再串联一个阻值范围为Ω至Ω的电阻Rˊ。【解析】（1）滑动变阻器滑片向左移动时小灯泡亮度变亮，即电流变大电阻变小，故变阻器滑片以左电阻丝连入电路中，如下所示：（2）灯在额定电压下的功率为额定功率，由中数据知，灯的额定电压为2.5V时，电流表示数为0.24A，故为保证每次都能将接入的定值电阻两端电压调为2.5V，应在电路中再串联一个阻值范围为4Ω至8Ω的电阻。（当接入20Ω的定值电阻时，同理，变阻器连入电路中的电阻R滑2=0.8×20Ω=16Ω，可将变阻器连入电路中的电阻为4Ω﹣12Ω即可）。故答案为：（1）如上；（2）0.6；（3）4；8。四、电阻测量探究实验【典例4】（2018·衡阳）某实验小组的同学用图甲所示的器材测量小灯泡的电阻，已知待测小灯泡额定电压为3．8V，小灯泡的额定功率估计在1．0W左右右。（1）连接电流表时应选用的量程是_________（选填“0～0．6A＂或“0～3A”）；（2）做出相应的电路图在图丙的虚线框内_____；（3）连接好电路后，调节滑动变阻器，使电流表、电压表的指针如图乙所示，求出此时小灯泡的阻值为________Ω。【解析】（1）解根据P额＝U额I额可得I额＝＝0.26A所以连接电流表时应选用的量程是0～0．6A；（2）电流表串联在电路中，电压表并联在小灯泡两端，滑动变阻器串联在电路中，图丙虚线框内相应的电路图如下：【答案】（1）0—0.6A；（2）如图；（3）17.5Ω。五、焦耳定律探究实验【典例5】22.用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。相同烧瓶内装满了煤油。(1)烧瓶中装入的煤油是________(选填“导体”或“绝缘体”)。(2)请根据实物电路，在虚线框内画出对应的电路图_______。(3)为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应________，通过R1的电流______通过R2的电流。(4)通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大。说明________________________。(5)小红用如图所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流I的关系图象。根据焦耳定律可知，如图中能正确反映h-I关系的是____________。【拓展】用Q=I2Rt可以计算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q=UIt计算通过任何用电器产生的热量吗___？请用实例说明原因。_______________________________________。【解析】（1）容易导电的物体叫导体，不容易导电的物体叫绝缘体，根据导体和绝缘体的定义可做出（3）探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”的实验，应采取控制变量法，必须控制电阻相等，电流不同，根据并联电路的特点可知，通过R1的电流小于通过R2的电流。(4)通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，导体产生的热量越多。（5）根据焦耳定律可知，电阻产生的热量与电流的平方成正比。而烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h越大，导体产生的热量越多，能正确反映h-I关系的是A。不能用计算通过任何用电器产生的热量，因为用计算出来的是电路产生的总功，而总功除了用电器产生的热量，另外一部分可能转化为其他能量，例如电风扇电路产生的总功一部分转化为电热，一部分转化为机械能。故答案为：（1）绝缘体；