搜索
实验十九、探究电流与电压的关系实验【实验目的】：探究导体电流与电压的关系【实验器材】：若干节干电池、开关、电压表、电流表、两个不同导体、若干导线等。【实验电路】：【实验步骤】：①按图连好电路，注意连接时开关要断开，开关闭合之前要把滑动变阻器调到阻值最大处，实物图如下所示。②保持电阻R1=5不变，检查电路后闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表的示数分别为1V、2V、3V，并读出电流表相应的数值、填表。R1=5Ω次数电压U/V电流I/A110.2220.4330.6③改变电阻，使R2=10不变，调节滑动变阻器，使电压表的示数分别为1V、2V、3V，并读出电流表相应的数值、填表。R2=10Ω次数电压U/V电流I/A110.1220.2330.3④根据数据画出I-U图像。【实验结论】：1.同一导体，电流与电压成正比。2.同一导体，电压和电流的比值为定值。3.不同导体，电压和电流的比值不同。【考点方向】：1、该实验采用的研究方法是：控制变量法。即：保持电阻不变，改变电压研究电流随电压的变化关系；2、电路在连接过程中，开关要断开，3、实验结论：在电阻一定的情况下，导体中的电流与导体两端的电压成正比；4、电路连接注意事项：开关断开，滑动变阻器滑片移至阻值最大处。5、在移动滑片时，发现电压表和电流表的示数始终没有任何变化，其原因是：在连接滑动变阻器时没有按照一上一下的原则连接。6、检查电路时发现电压表、电流表位置互换了，电流表几乎无示数，电压表接近电源电压。7、电表异常偏转原因：①指针反向偏转，原因是正负接线柱接反；②正向偏转幅度过小，原因是量程选择过大；③正向偏转幅度过大超过最大刻度，原因是量程选择过小。8、滑动变阻器的作用：①保护电路；②改变电阻两端电压。9、调节滑动变阻器不能使电压达到指定示数的原因是：滑动变阻器的最大阻值过小。10、换不同规格的电阻多次测量的目的是：得出普遍规律，避免实验的偶然性。11、此实验不能用灯泡代替电阻进行探究的原因：灯丝的电阻随温度的升高而增大。12、若使用灯泡代替电阻，那么在画出的I-U图像中，其图像是一条曲线。13、考虑到电压表的电阻对电路的影响，每次电流表的示数比测量时通过待测电阻的实际电流_偏大_（选填“偏大”或“偏小”）。【创新母题】：如图所示，在“探究通过导体的电流与导体两端的电压的关系”实验中，某小组选用两节新干电池为电源，规格为“20Ω1A”的滑动变阻器等器材进行实验：（1）请根据图甲的实物图将图乙的电路图补充完整；（2）连接电路时开关应该。闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数但没超出量程，则产生故障的原因可能是导体电阻（选填“断路”或“短路”）；（3）排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，若电流表的示数如图丙所示，其读数为A；（4）改变滑动变阻器滑片的位置，测得多组对应的电压、电流值，如下表所示，由测得数据可知，当电阻一定时，，导体电阻为Ω（结果保留一位小数）：（5）上述步骤中，改变滑动变阻器的位置，测得多组数据目的是：。有人认为这样操作仍然有不足之处，请你指出来：。（6）进行实验时，该小组发现：调节滑动变阻器无法使电压表示数为0.5V，为了解决这个问题，可采取的方法是（写出一种即可）。（7）若将定值电阻替换成小灯泡，你认为（选填“能”或“否”）得出（4）中的结论，其理由是：。【答案】：（1）如下图；（2）断开；短路；（3）0.3；（4）导体中的电流与电压成正比；5.0；（5）避免实验的偶然性，获得普遍规律；可以多次更换定值电阻，每次都移动滑片从而测出几组不同的数据。（6）减小电源电压；串联一个电阻；换用最大阻值更大的滑动变阻器等；（7）不能；因为小灯泡的电阻会受温度的影响，不能控制电阻一定。；【解析】：（1）图乙还差一个电压表，将其与电阻并联即可；（2）在连接电路时，应断开开关；电压表无示数，电流表有示数且不超出量程，说明是电阻短路；（3）电流表选用小量程，分度值为0.02A，得电流大小为0.3A；（4）根据表中的数据，电阻一定时，电流会随着电压的增大而增大，并且通过计算可知电流和电压成正比；计算出每一组数据的电阻，最后取平均值，可知电阻为5.0Ω；（5）多次实验获得多组数据是为了避免一组数据的偶然性，从而得出更为普遍的规律；此处因为，只有一只定值电阻，所测出的数据具有一定的局限性，可以考虑更换不同阻值的定值电阻，分别改变滑动变阻器获得不同的几组数据，更具有科学性。（6）当滑动变阻器接入阻值为0时，电压表示数为电源电压约为3V，由题意可知，无法调到0.5V，说明电压表最小值大于0.5V，现在需要减小定值电阻两端的电压，即减小电路电流即可，又总电流I=U源/R总，故可通过减小电源电压或者增大电路电阻解决，而串联电阻或者换用最大阻值更大的滑动变阻器都可以增大电路电阻。（7）将定值电阻更换为小灯泡后，因为小灯泡的电阻会受温度的影响而发生变化，因此在实验中，不能保证电阻一定，那么就得不出电流与电压的具体关系。练习1：（2019•桂林）小飞在做“探究电流与电压、电阻的关系”实验时，准备了以下器材：两节新的干电池，电流表、电压表、滑动变阻器、定值电阻（5Ω，10Ω，15Ω，20Ω）、开关、导线若干。（1）在按电路图连接实物时，开关必须处于状态；在实物图中，滑变阻器的滑片要移到。（选填“最右端”或“最左端”）。（2）如图是小飞连接好的实验电路，闭合开关后，他发现移动滑片的过程中，电流表的示数，电压表的示数。（选“变大”、“变小”或“不变”）（3）小冲在一旁观察后指出小飞没有按照电路图正确连接实物，请你在实物图上对连接错误的一根导线打“×”，并用笔补画一根线代替导线将电路连接正确。（4）问题解决后，他们接入10Ω的电阻进行实验，并得出下表中的数据，对数据进行分析后得出实验结论是：。电压U/V11.522.5电流I/A0.10.150.20.25（5）接下来他们分别接入其它电阻再次对电流与电阻关系进行探究，并作出了如图所示图像，请你通过图像中所给信息计算出实验过程中滑动变阻器两端的电压U=V。【答案】：（1）断开；最左端；（2）不变；不变；（3）如下图所示；（4）当电阻一定时，电流与电压成正比；（5）1；【解析】：（1）在连接实物图时，开关必须处于断开状态；滑动变阻器在闭合开关前要接入最大阻值，保护电路，即滑片要移到最左端。（2）该实验电路图中滑动变阻器与电压表串联后与定值电阻并联，移动滑片对电路无影响，所以电压表和电流表示数不变。（3）电压表应与定值电阻并联，滑动变阻器与定值电阻串联，正确电路图如图所示：（4）由表可知电压表的示数与电流表的示数比值恒为定值，所以结论是：当电阻一定时，电流与电压成正比。（5）该图为反比例函数，对应点的电阻与电流的乘积为2V，所以定值电阻两端电压为2V，电源电压为3V，所以滑动变阻器两端电压U滑=3V-2V=1V。练习2：（2019•铜仁）小李为了探究“电流与电压的关系”，请你与他合作并完成以下实验步景。(1)请你在虚线框中设计出相应的电路图。(2)小李在探究电流与电压的关系时，要控制不变。通过实验探究，得到以下数据。在进行数据分析时，小李发现表格中有一组错误的数据，请你找出第组数据是错的。(3)为了分析电流与电压的定量关系，请你利用正确的数据，在坐标中绘制出电流与电压关系的图像。【答案】（1）如第一幅图；（2）电阻；4；（3）如第二幅图。【解析】（1）由题意可知，图中需要滑动变阻器改变干路电流大小，加入定值电阻保证电阻大小不变，然后将一电流表与其串联，将一电压表与其并联，按照要求画图即可。（2）需要控制电阻不变才能探究电流与电压的关系；根据欧姆定律计算每一组的阻值，其中有4个阻值相同，不同的即为数据错误组，发现实验1、2、3、5阻值都是5Ω，而实验4中阻值不是5Ω，所以实验4数据错误。（3）排除表格中实验4的数据后，将其余数据按坐标在坐标纸上标出，再用直线连接即可。练习3：（2019•沈阳）在“探究电流与电压的关系”的实验中，小明设计了如图甲所示的电路图。(1)小明探究通过定值电阻的电流与其两端电压的关系。①在连接实验电路时，开关应____；②实验过程中，小明调节滑动变阻器使电压表的示数为1V，记录此时电流表的示数；接着他向____(选填“A”或“B”)端移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数增大为2V，记录此时电流表的示数；继续移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为3V，记录此时电流表的示数。小明分析所测数据，得出结论：在电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比：③此实验中多次测量的目的与下面的____（选填“A”或“B”）实验中多次测量的目的相同。A．探究串联电路的电压规律B．测量定值电阻的阻值(2)如图乙所示，小明将定值电阻换成额定电压为2.5V的小灯泡，探究通过小灯泡的电流与其两端电压的关系。①小明闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡发光，但是电压表的示数始终为OV。经检查后发现是电路中一根导线断路，则发生断路的导线是a、b、c、d中的____（填字母）：②更换导线后，小明完成了三次实验测量，并把数据填写在表格中。其中第一次测量时，电流表的示数如图丙所示，此时的电流为A；次数电压U/V电流I/A11.522.00.2832.50.30③又进行了几次实验后，小明根据实验测得的数据，绘制出小灯泡的I-U图象应与上图中图象____(选填“a”或“b”)相似。【答案】(1)①断开；②B；③A；(2)①c；②0.24；③b【解析】（1）①在连接实验电路时，安全起见，开关要断开。②由电路图可知，电阻和滑动变阻器属于串联连接，串联特点是等流分压，而电压表测量的是定值电阻两端的电压，电阻越大，其分担的电压也就越大；电压表示数由1V变成2V，说明定值电阻分担的电压变大，总电压保持不变，因此滑动变阻器的电压应该变小，则其电阻应该变小，由图可知，滑片向B端滑动时，电阻会变小。③此实验中多次测量的目的是为了避免实验的偶然性，得出普遍规律，A．探究串联电路的电压规律也是为了避免实验偶然性得出普遍规律；B．测量定值电阻的阻值多次测量求平均值，可以减少误差，使得结果更为准确。（2）①闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡发光，说明电流是通路状态，电压表的示数始终为OV，说明电压表没有和用电器完成并联，即两个接线b或c存在断路，由于b是小灯泡电流流经的导线，因此不可能断路，因此推断c导线发生了断路。②由图可知，电流表使用的量程是0-0.6A，其分度值为0.02A，有图可知电流表的示数为0.2A+0.04A=0.24A，③将图表中的数据进行描点画图可以得知是一条曲线，而不是一条直线；原因是是小灯泡的阻值会受温度的影响而发生变化，所以是图像b。练习4：（2019•巴中）同学们想探究“导体中电流与导体两端电压的关系”。（1）小明同学通过学习知道了是形成电流的原因；因此做出了以下猜想：A.电流跟电压成反比B.电流跟电压成正比C.电流跟电压无关（2）为了检验猜想是否正确，小明设计了如图甲所示的电路图，其中电源为三节新干电池，电阻R为10Ω，滑动变阻器R’标有“50Ω1A”字样，电压表和电流表均完好。实验次数123电压U/V22.63电流I/V0.200.260.30①根据甲电路图将乙实物图中连接完整。（请在答题卡上完成）②在闭合开关前，小明应把电路图中滑动变阻器的滑片移到_____阻值处（选填“最大”或“最小”）。③他检查电路时发现电压表、电流表位置互换了，若闭合开关电流表（选填“会”或“不会”）被烧坏。④故障排除后小明进行了实验，得到了表中的实验数据，分析数据，可得到的正确结论是：电阻一定时，_____。（3）小明还想用这个电路测量小灯泡的额定电功率，于是他将电阻R换成一只额定电压是的4V小灯泡（阻值约为13Ω），电阻一定时，并将电压表更换为15V的量程。闭合开关S后调节滑片至电压表示数为4.0V时，电流表示数如图丙所示为_____A，小灯泡的额定电功率为_____W。【答案】(1)电压；(2)①如图所示；②最大；③不会；④电流与电压成正比；（3）0.3；1.