中考冲刺：电学实验（提高）知识讲解

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中考冲刺：电学实验（提高）撰稿：肖锋      审稿：蒙阿妮【中考展望】
    实验题是最能体现物理学科的学习能力的一种题型，它不仅能反映学生学习过程中的观察能力、动手动脑能力，而且还能反映学生对学习物理概念和物理规律的理解情况，重要的是它能再现学生的情感、态度、价值观。实验题的形式是多种多样的，它可以用选择题、填空题、问答题、作图题、计算题等不同方式展示，所以各种题型的解题思路、解题方法、以及解题步骤，都适用于对实验题的正确解答。   1、测量型实验主要考查学生对实验器材的正确操作，是考查其他实验的基础。熟悉各种仪器及仪表的操作规则是解决这类测量型实验的基础。   2、实验考查中对实验中用到的科学研究方法和实验现象的分析及实验操作顺序的考查是当前中考考点之一。要快速准确地解决这类问题，必须明确各实验中常用的研究方法和各实验操作顺序，当然，要在平时真正做过实验，而不是背实验，才能把这类习题回答好。   3、熟练地操作书本上的每一个演示实验是实验复习中的重点，只有这样方能真正提高动手能力。   4、近几年各地的中考试卷中出现了一些“探索性”“设计性”实验，这类实验不仅能充分反映教师在平时物理教学中对物理实验的重视程度，而且也能培养和提高学生运用物理知识解决实际问题的能力。随着素质教育的逐步深入，这种题型仍是今后中考的热点。在扎实的基础上设计出合理的方法是解决此类问题的关键，平时要多加练习。 【方法点拨】
实验题解答过程中需要注意的问题
1、实验原理定方向
　　正确解答物理实验题必须坚持以实验原理为依据的操作过程，实验原理是整个实验的指导方向，而对实验原理的理解必须做到：
　　（1）要结合课本中学过的物理知识加深理解实验原理；
　　（2）要从实验原理中理解实验成立的条件；
　　（3）弄清一个实验原理可以做不同的类似实验；
　　（4）理解原理设计替代性实验。
2、实验步骤要有科学性
　　实验步骤是否合理、完善直接影响着物理实验的质量，因此在实验操作过程中弄懂，理解和熟悉实验步骤对做好实验题是非常重要的：
　　（1）保证实验步骤的完整性和合理性。
　　（2）保证实验步骤的必要性。
3、间接测量物理量的等值性
　　这种方法常用于实验中无法直接测量的物理量的取值问题，就是对于一个实验中不能直接测量的物理量可以通过这个物理量对周围的影响或与别的物理量之间存在的某种关系确定这个物理量的大小，然后用相应的公式计算出待测物理量的值。
4、实验的设计性
　　这种方法是灵活应用物理知识、理论联系实际、根据具体情况设计出简单、合理、便于操作的实验过程，然后应用物理公式和测量的物理量表示出待测物理量的表达式。
5、实验的开放性
　　这种方法是多向思维、全面考虑、注重知识的横向联系。把各种可能的方法都考虑到。能够考查学生对所学知识灵活掌握和灵活应用的能力。 【典型例题】类型一、探究类1、（2012•临沂）如图甲是晓雯同学探究“一段电路中的电流跟电阻的关系”的实验电路图。（1）根据甲图，用铅笔连线将乙图的实物图连接完整。（2）实验时，晓雯先将5Ω和10Ω的定值电阻分别接在A、B两点之间，闭合开关调节滑动变阻器滑片得到两组实验数据填入了下表；然后她又将A、B两点的电阻更换为15Ω，闭合开关并调节滑动变阻器滑片，直到电压表的示数为　　V，此时的电流表的指针位于如图丙所示，请将第3次实验电流表的读数填入表格中的相应空格内。实验序号   电压/V   电阻/Ω   电流/A     1 3     5    0.62 3 10 0.3 3   　　 15     　　     （3）分析晓雯三次试验数据可能得到的结论是：　                               　。
【思路点拨】（1）滑动变阻器下方的接线柱已经接好，所以上方的两个接线柱可以任意接。（2）因为是研究“一段电路中的电流跟电阻的关系”，所以应当运用控制变量法，保持导体两端的电压不变，根据电流表的指针所指示来读数即可。（3）根据实验数据可以知道，三次实验中，电压保持不变时，根据电阻和电流的数据变化得出相应的结论。【答案与解析】（1）只需要把滑动变阻器和定值电阻串联起来即可，电路图如下：（2）从表中数据可以看出，电阻为5Ω和10Ω时，电阻两端的电压为3V，将A、B两点的电阻更换为15Ω时，应该让电阻两端的电压（即电压表的示数）保持不变，仍然为3V。电流表用的量程为0～0.6A，一个大格表示0.2A，分度值为0.02A，电流表的示数为0.2A。故答案为：3；0.2（3）根据表中数据，三次实验中，导体两端的电压保持不变，电阻由5Ω→10Ω→15Ω时，相应的电阻中的电流变化为：0.6A→0.3A→0.2A，电阻增大几倍，导体中的电流就会减小到几分之一。即：电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比。故答案为：电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比。【总结升华】此题主要考查的是控制变量法在物理实验中的运用，以及学生对实验数据的分析处理能力和归纳总结能力，是中考的常见题型。举一反三【变式】小明同学用控制变量法探究“电流跟电阻的关系”，电路如图所示。在此实验过程中，当A，B两点间的电阻由5Ω换成10Ω时，他下一步应采取的正确操作是（  ）A．只需将电池数增加一倍B．只需将电池数减半C．将变阻器的滑片适当向左移动D．将变阻器的滑片适当向右移动【答案】D 2、下表是小红同学和晓伟同学在做“研究电阻消耗的电功率与电阻阻值之间关系”的实验时，记录的一部分实验数据。请你对表格中的数据进行分析，归纳出电功率与电阻的关系式：______________________。R／Ω2.533.544.5567.5I／A0.40.40.40.40.40.40.40.4U／V11.21.41.61.822.43P／W0.40.480.560.640.720.80.961.2 【思路点拨】解决此题要知道电功率与电压和电阻关系式是，根据公式结合表中数据分析计算得出结论。【答案】P=（0.4A）2R【解析】分别计算出在电流一定时每组中电功率与电阻的比值，将结果进行对比，然后推广到一般，得到电功率与电阻的对应关系。【总结升华】本题考查了学生归纳分析数据的能力，根据表中数据找出电压U、电阻R、功率P间的关系是解题的关键；本实验应用了控制控制变量法。举一反三【变式】（高清课堂《中考冲刺—电学实验题》例7）小林利用定值电阻R进行实验，记录的实验数据如下表所示。表中I为通过电阻R的电流，P为电阻R的电功率。请根据表中数据归纳电功率P与电流I的关系：在                           的条件下，P =                 。 I/A 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 P/W 1.2 2.7 4.8 7.5 10.8 14.7  【答案】保持电阻R不变； 30Ω•I2 类型二、测量类 3、在实验中，经常用伏安法测定未知电阻Rx的阻值。
（1）如图是伏安法测电阻所需的元件，把元件根据实验要求连线，导线不交叉。
（2）若现在只有一个电流表、一个不知电压的电源、一个定值电阻R0、一个开关和若干导线。请你根据以上所给器材，设计一个测量未知电阻Rx的阻值的电路图（电路连接好后在实验过程中不能拆卸）；写出测量的操作步骤及所测量的物理量，并写出用测量量表示Rx的表达式。【思路点拨】（1）电源、开关、滑动变阻器、电阻、电流表组成串联电路，电压表并联在电阻两端，据此连接实物电路图。
（2）可把电流表与定值电阻串连接入电路，求出流过定值电阻的电流，由欧姆定律求出电源电压，然后再测出流过待测电阻的电流，然后由欧姆定律求出待测电阻阻值。【答案与解析】（1）伏安法测电阻的电路图如图所示

（2）方法一：电路图如图甲步骤：①断开开关S，电流表示数为I1；
②闭合开关S，电流表示数为I2
表达式方法二：电路图如图乙
步骤：①断开开关S，电流表示数为I1；
②闭合开关S，电流表示数为I2
表达式：方法三：电路图如图丙
步骤：①闭合开关S，电流表示数为I1
②断开开关S，电流表示数为I2
表达式：方法四：电路图如图丁
步骤：①闭合开关S，电流表示数为I1
②断开开关S，电流表示数为I2
表达式：【总结升华】伏安法测电阻是最一般的测量方法，在没有电压表或没有电流表时，滑动变阻器的最大阻值知道时，也能测量被测电阻。
只有电流表，利用滑动变阻器的滑片滑到最大和最小时，根据电源电压相等，求得被测电阻。
只有电压表，利用滑动变阻器的滑片滑到最小时，获得电源电压。当滑到最大时，根据串联电路电流相等列出等式求得被测电阻。举一反三【变式】（2012•包头多选）如图所示的四个电路中，R0为已知阻值的定值电阻，可以测出未知电阻Rx的电路是（   ）A．B．C．D．【答案】ABC 4、如图所示在一次测定小灯泡额定功率的实验中，老师给出了下列器材：额定电压为U0的小灯泡、电源（电压未知）、一个阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一个电流表、一个单刀双掷开关和若干导线。实验时不能忽略灯丝的电阻随温度而发生的变化。
（1）小张同学设计的实验电路图如图所示，请你根据电路图用笔画线连接未完成的实物连线；
（2）写出用以上实验电路测定小灯泡额定功率的主要步骤和需要测量的物理量（物理量用字母表示）；
（3）本实验中，小灯泡额定功率的表达式P=             ；（4）若在给出的器材中只将其中的一个电流表改为一个电压表，请你重新设计一个实验电路图，测量小灯泡的额定功率。 【思路点拨】（1）在连接实物图时需注意：滑动变阻器选择一上一下与电路图中接入的部分对应；
（2）测定了灯泡的功率是利用公式P=UI进行，开关在2时，R与L并联，电流表测总电流，开关在1时，电流表测通过R的电流，根据并联电路电流的规律可以求得通过灯泡的电流；
（3）根据测得物理量，结合P=UI列出；
（4）没有电流表，利用电压表和定值电阻，一般设计成串联电路，找电流相等列等式求出被测电阻。【答案与解析】（1）实物连线如图所示：

（2）因小灯泡的额定电压U0已知，故通过电阻R的电流为，故还需要：将S掷向接线柱1，调节滑动变阻器，使电流表读数为；保持滑动变阻器滑片不动，S掷向接线柱2，读出电流表读数I。
（3）由（2）得，通过小灯泡的电流为：小灯泡的功率为：；（4）利用电压表和定值电阻，一般设计成串联电路，电路图如图所示
                         【总结升华】本题主要考查学生对电学知识的综合应用，尤其是实验设计，这是重点也是难点，在设计实验时可参考一下：
没有电压表，利用定值电阻和电流表以及其他元件测量电阻的阻值时，一般设计成并联电路，找电压相等列等式求出被测电阻；没有电流表，利用电压表和定值电阻以及其他元件测量电阻的阻值时，一般设计成串联电路，找电流相等列等式求出被测电阻。举一反三【变式】（高清课堂《中考冲刺—电学实验题》例6）小明利用电压表和阻值为R0的定值电阻，测量额定电压为2.5V的小灯泡L正常发光时的电阻RL。他选择了满足实验要求的实验器材，并连接了部分实验电路，如图所示。（1）为了测量出RL的阻值，请只添加两条导线完成如图所示的实验电路的连接；（2）请把小明的实验步骤补充完整：①断开开关S2、闭合开关S1、S3，移动滑动变阻器的滑片P，使        ；保持滑动变阻器的滑片位置不变，断开开关S3、闭合开关S2，记录电压表的示数为U；②请用R0及实验数据表示出RL。RL=        。 【答案】（1）如图所示   （2）① 电压表示数为2.5V并记录②  类型三、设计类 5、实验桌上有如下实验器材：满足实验要求的电源一个、已调零的电流表和电压表各一块、开关一个、各种阻值已知的定值电阻和导线若干。请你利用上述器材设计一个实验证明：“当通过电阻的电流保持不变时，电阻消耗的电功率与该电阻的阻值成正比”。要求：⑴画出实验电路图；⑵写出实验步骤；⑶设计出实验数据记录表。【思路点拨】（1）让各阻值不同的电阻串连接入电路，用电流表测电路电流，用电压表分别测量各电阻电压并记录各电压值，然后由P=UI计算功率大小，从而得出结论；据此设计电路；
（2）根据（1）的实验原理设计实验步骤；
（3）实验数据表格应包括电阻阻值、电阻两端的电压值、流过电路的电流、各电阻的功率，由电阻的个数确定表格的列数。【答案与解析】（1）各电阻串联与电流表串联，电压表并联在待测电阻两端，电路图如图所示：             （2）实验步骤：① 按电路图连接电路。将R1、R2、R3、R4、R5和R6这六个电阻的阻值记录在表格中。② 闭合开关S，用电流表测量电路中的电流I，将测量数据记录在表格中。③ 断开开关S，把电压表依次并联在电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6两端，闭合开关S，用电压表依次测量它们两端的电压U1、U2、U3、U4、U5和U6，将测量数据记录在表格中。④ 利用公式P＝UI和测量数据，分别计算出6个电阻消耗的电功率P1、P2、P3、P4、P5和P6，将计算结果记录在表格中。⑶实验数据记录表：（说明：表格中1、2行可颠倒）R/Ω      I/A U/V      P/W       【总结升华】本题是一道实验设计题，知道实验目的、根据实验的原理是“设计实验电路，合理安排实验步骤，设计符合实验记录要求的表格”的前提与关键。