2022年中考物理实验专题-电学实验（三）

中考物理实验专题-电学实验（三）

（测量小灯泡电功率、焦耳定律）

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一．课堂训练

1．一鸣同学按照图甲所示的电路图测量小灯泡在不同电压下的电功率。已知小灯泡的额定电压为2.5V、电源电压恒为4.5V、滑动变阻器R1“20Ω 1A”、R2“50Ω 1A”、R3“100Ω 0.1A”、电流表、电压表等。

（1）请根据图甲的电路图用笔画线代替导线将图乙的实物连接成完整电路（导线不许交叉）。

（2）电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，而电流表无示数，电压表指针偏转到最右端。则可能的故障是 　   　。

（3）排除故障后一鸣继续实验。闭合开关，移动滑片，电压表示数为2.2V，在甲电路图中，若要灯泡正常发光，则应向 　   　（选填“A”或“B”）端移动滑片，当小灯泡正常发光时，电流表示数为0.3A，小灯泡的额定功率为 　   　W。

（4）一鸣陆续测量出了灯泡在不同电压下对应的电流，并把测得的数据填写在表中。请将记录数据时遗漏的物理量和单位填入表格的空格处 　   　。

（5）根据表中数据可知，一鸣选择的滑动变阻器是 　   　（选填“R1”、“R2”或“R3”）。

同组的三名同学根据表格中的数据描绘出小灯泡中的电流随它两端电压变化的图象如图丙所示，其中正确的是 　   　（选填“①”、“②”或“③”）。

（6）若小灯泡的额定功率P0与某次工作时的实际功率P1满足P0＝4P1，则以下关于额定电压U0与实际电压U1的数值关系，你认为最有可能的是 　   　。

A.U0＝1.5U1

B.U0＝2U1

C.U0＝3U1

（7）完成实验后，一鸣还想测量某一定值电阻Rx的阻值，用Rx替换了小灯泡，同时还发现电压表损坏，于是用如图丁所示的电路完成了实验，已知滑动变阻器的最大阻值为R0，他的实验步骤：

①闭合开关，将滑片移至最右端，读出电流表示数为I1；

②将滑片移至最左端，读出电流表示数为l2；

则电阻Rx的阻值表达式：Rx＝　   　（用I1、I2、R0表示）。

2．某同学在“探究小灯泡亮度与实际功率关系”的实验中，准备了如下器材：6V的电源、额定电压为2.5V的小灯泡，电流表、电压表各一只、滑动变阻器一个、若干导线。

（1）连接电路时开关处于 　   　状态。

（2）连接完成后如图1所示，检查时发现有一条导线连接错误，请在错误的导线上画“×”，并移动一根导线，用笔画线代替导线将电路图连接正确。

（3）电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表有示数，电流表没有示数，出现的故障可能是小灯泡 　   　。

（4）某同学排除故障后，继续实验，共进行了4次测量，并将相关数据记录在表格中，当电压为1.5V时，电流表示数如图2所示为 　   　A。

（5）该同学处理数据可知，小灯泡的额定功率为 　   　W。同组的另一位同学直接利用第1次实验测出的电阻是3.1Ω，也可计算小灯泡的额定功率为P＝＝＝2.0W。这种做法是 　   　（选填“正确”或“错误”），理由是 　   　。

（6）分析数据可以看出，灯泡的亮度随着实际功率的增大而变 　   　（选填“暗”或“亮”）。

3．用如图所示实验装置探究“电流通过导体产生的热量与什么因素有关”，两个透明容器中封闭着等量的空气，其中R1＝5Ω，R2＝R3＝10Ω。（实验前“U”形管内液面是相平的）。

（1）实验中，通过观察U形管中液面的高度差来比较 　   　。这里用到的物理科学方法是 　   　。

（2）只闭合S1可以探究电流产生热量与 　   　的关系。

（3）闭合S1和S2，此时通过R1的电流与通过R2的电流的比I1：I2＝　   　，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，这说明 　   　（填“电流”或“电阻”）对产生的热量影响更大。

4．小明和小亮在探究“电流通过导体产生的热量跟什么因素有关”时，设计了如图所示的甲、乙实验装置将电阻丝R1、R2分别密封在两个装有相等质量煤油的相同烧瓶中，a、b、c、d为相同规格的温度计，滑动变阻器的规格相同，滑片置于中间位置。已知R1＜R2，电源电压相同且保持不变。

（1）实验中通过观察 　   　来比较电流产生的热量的多少。

（2）甲图中R1、R2的连接方式是 　   　，该装置可探究电流通过导体产生的热量与 　   　是否有关。

（3）闭合开关前，小亮分析了乙图所示的实验装置，给出以下四种判断，你认为正确的是 　   　（选填序号）。

①该装置中R1、R2的连接方式并联

②闭合开关后，R2将被短路

③闭合开关后，R1中的电流小于R2中的电流

④闭合开关后，相同时间内c温度计示数的变化量大于d温度计示数的变化量

（4）同时闭合甲、乙两图中的开关，比较相同时间内a、c两支温度计示数变化情况，温度变化较大的是 　   　，可以得出的结论是：当 　   　时，　   　，电流通过导体产生的热量越多。

二．课后练习

5．小明同学为了探究小灯泡亮度与实际功率的关系，设计了如图所示的实验电路，小灯泡标有“2.5V”的字样。

（1）如图是小明连接的实验电路，同组的小红同学发现图中有一根导线连接错误，请你在这根导线上打“×”，并在图中改正。

（2）电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，而电流表有示数，电压表没有示数，则可能的故障是 　   　。

（3）排除故障后继续实验，小明进行了4次测量，并将有关数据及现象记录在表格中。

（4）根据实验目的分析实验数据及现象，可得出的结论是 　   　。

（5）实验中小灯泡的电阻变化的原因是 　   　。

（6）小明测得小灯泡的额定功率为 　   　W，另一位同学认为，无需测量，也能计算出小灯泡的额定电功率。他利用已经测量的其中一组数据，计算出0.5V电压下小灯泡的电阻R，再根据P＝U2/R计算小灯泡在2.5V下的额定功率。那么按此方案算出的小灯泡的额定功率与前一步测量的额定功率相比 　   　（选填“偏大”、“偏小”或“相等”）。

（7）小聪认为，为了得到小灯泡准确的额定功率，应求出上述表格中多组小灯泡电功率的平均值作为小灯泡的额定功率，这种数据处理方法是 　   　（选填“正确”或“错误”）。

6．在探究“导体两端电压一定时，导体的电功率与其电阻是否成反比”的实验中，某实验小组的同学设计了如图所示的电路图。他们从实验室找到了符合要求的实验器材：一个电源，六个阻值不同且已知阻值的定值电阻，一块电压表，一块电流表，一个滑动变阻器，一个开关和若干导线。

（1）他们设计的主要实验步骤如下，请将实验步骤补充完整。

①断开开关，按照如图所示电路组装器材，将滑动变阻器调至接入电路的阻值最大；

②闭合开关，调节滑动变阻器滑片到适当位置，用电压表测量R两端的电压U，用电流表测量通过R的电流I，并将U、R、I记入表格；

③断开开关，　   　，闭合开关，调节滑动变阻器滑片使 　   　，用电流表测量通过R的电流I，并将U、R、I记入表格；

④重复步骤③4次，读出每次实验中的电压表示数U、电流表示数I，并将U、I及定值电阻的阻值R记入表格；

⑤利用公式 　   　计算每次实验中定值电阻的电功率，并记入表格。

（2）请画出此实验数据记录表。

7．如图1所示，实验桌上有两个完全相同的烧瓶，烧瓶内装有质量相等、初温相同的煤油、完全相同的温度计，烧瓶内还分别装有阻值R为10Ω和5Ω的电阻丝。实验桌上还有满足实验要求的电源、电阻箱（）、停表和开关各一个，导线若干。小新利用上述实验器材证明“电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关”。

请你将小新的实验步骤补充完整：

（1）将图1的甲装置、电阻箱及其它元件按图2所示电路图接入电路，将电阻箱R0的阻值调为5Ω，记录此时温度计示数t0；闭合开关，同时按下停表开始计时，通电2min停止计时。断开开关，记录此时温度计的示数t和电阻R阻值的数据。

（2）　   　，记录此时温度计示数t0。闭合开关，同时按下停表开始计时，通电 　   　停止计时。断开开关，记录此时温度计的示数t和电阻R阻值的数据。

（3）由公式 　   　计算出Δt的数据记入表格。

（4）请你画出实验数据记录表格。

8．某同学在总结所做的物理探究实验时发现了如下规律：

（1）当要研究的物理量不易直接测量时，可以用转换法把它们间接表示出来。如：图（甲）的实验是通过观察 　   　，间接地知道小球A动能的大小；图（乙）的实验是通过观察 　   　，间接地比较两个电阻丝产生热量的多少。

（2）当要研究的物理量与多个因素有关时，都要采用控制变量法。如：图（甲）的实验中，使用同一个小球是为了探究动能大小与 　   　的关系；图（乙）中将两个电阻串联起来是为了探究电流产生的热量与 　   　的关系。

（3）有些实验装置经过适当的改进还可以进行其它的实验。如：图（甲）装置中可任意增加其他器材，还可以探究 　   　（写出一个实验即可）；图（乙）中如果再增加一个 　   　和电流表，还可以探究电流产生的热量与电流大小的关系。

中考物理实验专题-电学实验（三）

参考答案与试题解析

一．实验探究题（共8小题）

1．【解答】解：（1）由电路图知，滑动变阻器应一上一下与灯泡串联，灯泡额定电压2.5V，所以电压表应选择0﹣3V量程与灯泡并联，如图所示：

（2）闭合开关，发现小灯泡不亮，而电流表无示数，说明电路可能为断路，但是电压表指针偏转到最右端，说明电压表、电流表、滑动变阻器、开关与电源连通，则出现这种情况可能的原因是灯泡断路；

（3）电压表示数2.2V，即灯泡两端电压2.2V，为测灯泡的额定功率，根据串联电路的分压特点，应将滑片向A端移动，以减小变阻器连入电路的电阻从而减小其分得电压，使灯泡两端电压增大到2.5V；

灯泡正常发光时电流为0.3A，所以灯泡的额定功率P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W；

（4）由表格数据知0.5A×0.16A＝0.8W，所以最后一行为：实际功率P/W；

由表格第1次实验数据可知，小灯泡电压最小为0.5V时，通过的电流最小为0.16A，此时滑动变阻器接入阻值最大；

由串联电路特点和欧姆定律可得滑动变阻器连入阻值：

R＝＝＝＝25Ω，根据给出的滑动变阻器规格可知，应选择滑动变阻器R2；

根据表中数据，第1次实验灯的电阻为：

R1＝＝≈3.12Ω，同理，第2、3次﹣﹣﹣﹣﹣6次的电阻分别为4.74Ω、6.19Ω﹣﹣﹣﹣﹣和8.93Ω，灯的电阻随温度的升高而变大，根据丁图做出下图：

②表示电流与电压成正比，电阻为一定值，与②相比，相同电压下，通过灯的电流应变小，其中正确的是③；

（6）当P0＝4P1时，即＝4×，假设灯泡的电阻不变，根据P＝知，此时U额＝2U实，但实际小灯泡的电阻随温度的升高而变大，所以当U实＝U额，温度变低，这时灯的实际电阻小于灯正常发光时的电阻，则U实＜U额，由于温度对电阻的影响不是特别大，故U0＝3U1比较接近事实，故选C；

（7）因为电源的电压不变，

所以U＝I1Rx＝I2（Rx+R0）

解得：Rx＝•R0。

故答案为：（1）见上图；（2）灯泡断路；（3）A；0.75；（4）实际功率P/W；（5）R2；③；（6）C；（7）•R0。

2．【解答】解：（1）为了保护电路，连接电路时开关处于断开状态；

（2）图中电压表小灯泡串联，电流表与小灯泡并联了，应该将电流表要串联在电路中，电压表和灯泡并联，电路连接如下图：

；

（3）连好电路闭合开关，发现小灯泡始终不亮，电流表无示数，说明电路断路，电压表有示数，说明电压表、滑动变阻器、电流表、开关与电源相连，所以故障可能是灯丝断了或灯泡接线接触不良；

（4）电流表使用0～0.6A量程，每一个大格是0.2A，每一个小格是0.02A，电流表示数是0.24A；

（5）灯泡的额定功率为：

P＝UI＝2.5V×0.28A＝0.70W；

灯的电阻随温度的升高而变大，由于第1次测量的电阻小于灯在额定电压下的电阻，根据P＝知算出的实际功偏大，所以这种做法是错误的；

（6）由表格数据知，小灯泡两端的电压增大，电流增大，实际功率增大，小灯泡的亮度增大，故小灯泡的亮度随着实际功率的增大而变亮。

故答案为：（1）断开；（2）如上图；（3）灯丝断了或灯泡接线接触不良；（4）0.24；（5）0.70；错误；灯的电阻随温度的升高而变大；（6）亮。

3．【解答】解：（1）装置内气体通过电阻加热使其温度变化，根据空气受热膨胀可使U形管液面高度差发生变化，所以U形管液面高度差的变化可比较电流产生热量的多少，利用了转换法；

（2）只闭合S1，R1与R2串联，由Q＝I2Rt可知，在I与t相同的情况下，电热与电阻有关；

（3）闭合S1和S2，R2与R3并联后再与R1串联，又R2＝R3，所以通过R2的电流是R1中的一半，即；

实验发现，左侧U形管内液面的高度差比右侧大，说明电流大产生的电热大于电阻大产生的电热，即电流对产生的电热影响更大。

故答案为：（1）电流产生热量的多少；转换法；（2）电阻；（3）2：1；电流。

4．【解答】解：（1）当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此可根据温度计示数的变化可知电流产生热量的多少；

（2）甲中两电阻串联，根据串联电路电流特点可知通过两电阻的电流相等，两电阻的阻值不同，所以可探究电流产生热量的多少与电阻的关系；

（3）乙图中，两电阻并联接入电路，根据并联电路电压特点可知两电阻两端的电压相同，根据Q＝W＝t可知电阻越小产生的热量越多，已知R1＜R2，所以闭合开关后，相同时间内c温度计示数的变化量大于d温度计示数的变化量，故①④正确；

（4）电源电压相同且保持不变，甲图中电阻R1两端的电压小于乙图中电阻R1两端的电压，根据欧姆定律可在通过电阻R1的电流不同，比较相同通电时间内a，c两支温度计示数变化情况，温度变化较大的是c，可以得出的结论是：当电阻一定时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多。

故答案为：（1）温度计示数变化；（2）串联；电阻；（3）①④；（4）c；电阻一定；电流越大。

5．【解答】解：（1）原电路中，电压表测电源电压是错误的，电压表应测灯的电压，如下所示：

；

（2）电路连接正确后，闭合开关，而电流表有示数，则电路为通路，发现小灯泡不亮，电压表没有示数，则可能的故障是灯泡短路；

（4）根据实验目的分析实验数据及现象，可得出的结论是灯的实际功率越大，灯越亮；

（5）实验中小灯泡的电阻变化的原因是灯的电阻随温度的变化而变化；

（6）由表格知小灯泡的额定功率为0.70W；

灯的电阻随温度的升高而变大，用已经测量的其中一组数据，计算出0.5V电压下小灯泡的电阻R小于灯在额定电压下的电阻，再根据P＝计算小灯泡在2.5V下的额定功率，则按此方案算出的小灯泡的额定功率与前一步测量的额定功率相比偏大；

（7）小聪的做法错误，小灯泡在不同电压下的功率不同，在额定电压下的功率为额定功率。

故答案为：（1）如上所示；（2）灯泡短路；（4）灯的实际功率越大，灯越亮；（5）灯的电阻随温度的变化而变化；（6）0.70；偏大；（7）错误。

6．【解答】解：（1）实验步骤：

①断开开关，按照如图所示电路组装器材，将滑动变阻器调至接入电路的阻值最大；

②闭合开关，调节滑动变阻器滑片到适当位置，用电压表测量R两端的电压U，用电流表测量通过R的电流I，并将U、R、I记入表格；

③断开开关，更换阻值不同的电阻R，闭合开关，调节滑动变阻器滑片使定值电阻两端的电压不变，用电流表测量通过R的电流I，并将U、R、I记入表格；

④重复步骤③4次，读出每次实验中的电压表示数U、电流表示数I，并将U、I及定值电阻的阻值R记入表格；

⑤利用公式P＝UI计算每次实验中定值电阻的电功率，并记入表格；

（2）数据记录表格：

故答案为：（1）③更换阻值不同的电阻R；定值电阻两端的电压不变；⑤P＝UI；（2）见上表。

7．【解答】解：由题知，需要用实验来证明电流通过电阻丝产生的热量跟电阻阻值大小有关，应控制通过电阻丝的电流和通电时间，改变电阻丝的阻值，通过烧瓶中液体升高的温度可知，电阻丝产生热量的多少。

（1）将图1甲装置、电阻箱及其它元件按图2所示电路图接入电路，将电阻箱R0的阻值调为5Ω，记录此时温度计示数t0；闭合开关，同时按下停表开始计时，通电2min停止计时。断开开关，记录此时温度计的示数t和电阻R阻值的数据。

（2）将图1乙装置，替换甲装置连入电路，为控制通过电阻丝的电流相等，电源电压不变，根据I＝，应使电路的总电阻与（1）电路的总电阻相等，所以还应将电阻箱R0的阻值调为10Ω，记录此时温度计示数t0。闭合开关，同时按下停表开始计时，通电2min停止计时。断开开关，记录此时温度计的示数t和电阻R阻值的数据。

（3）烧瓶中煤油升高的温度Δt＝t﹣t0。

（4）实验中所测物理量：换用不同电阻丝后，烧瓶中炼油的初温，末温，以及煤油升高的温度，设计实验数据表格如下：

故答案为：（2）将图1乙装置，替换甲装置连入电路，将电阻箱R0的阻值调为10Ω；2min；

（3）Δt＝t﹣t0；

（4）见解答过程。

8．【解答】解：（1）图（甲）的实验，小球从斜面滑下后，获得动能，实验中通过小球撞击木块，实验中，木块与水平面的摩擦力大小相同，木块被撞击的距离越远，木块克服摩擦力做的功越多，说明小球的动能越大。即实验中通过观察木块被撞击的距离远近，看出小球A动能的大小；

图（乙）中，两电阻丝对质量相同的同一液体加热，液体升高的温度越高，液体吸收的热量越多，说明电阻丝放出的热量越多，因此图（乙）的实验是通过观察温度计示数的变化，间接的比较两个电阻丝产生热量的多少；

（2）图（甲）的实验中，使用同一个小球，控制了小球的质量相同，改变小球达到水平面的速度，是为了探究动能大小与速度的大小关系；

图（乙）中将两个电阻串联起来，控制了电流的大小相同，使用不同的电阻，是为了探究电流产生的热量与电阻的关系；

（3）图（甲）实验中，可以在水平面添加毛巾、棉布等，探究阻力对物体运动的影响；

图（乙）中如果再增加一个滑动变阻器和电流表，通过滑动变阻器改变电路的电流，观察同一电阻产生的热量与电流大小的关系。

故答案为：（1）木块被撞击距离的远近；温度计示数的变化；（2）速度；电阻；（3）阻力对物体运动的影响；滑动变阻器。

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