2024河北物理中考备考重难专题：欧姆定律实验对比复习（课后练）

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例 (2022河北真题改编)在“探究通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验中，小组同学利用可调电压电源(可调为1.5 V、3.0 V、4.5 V、6.0 V之一)、5个定值电阻(阻值分别为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、30 Ω)、滑动变阻器(10 Ω 1 A)、电压表和电流表做了如下实验：
[实验操作]
(1)小明根据图甲所示电路图连接成了图乙所示的实物电路，其中只有一根导线连接错误，请在这根导线上打“×”，并用笔画线代替导线将电路连接正确.(连线不要交叉)
(2)连接实物时，开关应处于______状态，滑动变阻器滑片应置于最________端.
(3)当开关闭合前，电流表的示数如图丙所示，是因为__________________________________.
丙
变式1 小丽在做实验时，开关闭合后，电流表的示数如图所示，则连接电路时可能的错误是：________________________.
变式2 小红在做实验时，开关闭合后，电压表的示数如图所示，则解决这一问题的操作是：______________________________.
[故障分析]
(4)检查完毕后，闭合开关S，发现电压表示数接近3 V，电流表指针几乎不偏转，移动滑片P的过程中，两表示数均无变化.已知导线、仪表均完好，且接触良好，则故障原因是____________.
变式1 若连接好电路后，闭合开关，发现电流表、电压表均无示数，则可能的故障是____.
A.电阻R短路B.电阻R断路C.滑动变阻器断路
变式2 若连接好电路后，闭合开关，发现电流表、电压表均有示数，移动滑动变阻器滑片，电表示数无变化，则可能的故障是____.
A.电阻R短路B.滑动变阻器短路C.滑动变阻器断路
变式3 若连接好电路后，闭合开关，发现电流表有示数、电压表无示数，则可能的故障是____.
A.电阻R短路B.电阻R断路C.滑动变阻器断路
[实验表格设计]
(5)排除电路故障后，继续进行实验，为了记录实验数据，小明设计了如下表格，通过表格可以看出，他的实验目的是探究通过导体的电流与______的关系.
[数据收集与分析]
(6)小明将电源电压调为3 V时，按(5)设计的方案进行实验.
①图丁是第2次实验时电流表的示数，示数为________A.
②当其中某个定值电阻接入电路时，无法满足实验条件，这个定值电阻的阻值为________Ω.
补充设问 要使上述的定值电阻满足实验条件，则滑动变阻器的最大阻值至少为________Ω.
[分析数据总结结论]
(7)小明根据实验数据描绘出I－eq \f(1,R)图像，如图戊所示，可以得出结论：_____________________
___________________________________.

丁 戊
变式1 实验结束后，小明与小丽交流时，发现他们在相同坐标系中画出的I－eq \f(1,R)图像不同，你认为图像a与b不同的原因是_____________________________________.
变式2 下列图像中，能大致反映本实验中电流I与电阻R之间关系的是________.
(8)实验结束后，小明继续用该电路探究电流与电压的关系，此实验中移动滑动变阻器滑片位置的作用是_______________________________.
【拓展】利用现有器材又做了下面的实验：
①按图甲连接电路，将电源电压调到某个值，在电路安全条件下闭合开关，移动滑片直到电压表示数为2.5 V；
②保持滑片不动，换接入另一个定值电阻，调节电源电压，在电路安全条件下闭合开关，发现电压表示数恰好为2.5 V；
通过以上实验现象可以推断：此时滑动变阻器接入电路的阻值为________Ω.
实战演练
1.小华利用如图甲所示电路探究电流与电压的关系，其中定值电阻R的阻值为10 Ω，滑动变阻器的规格为“20 Ω 1.5 A”．

甲 乙 丙 丁
(1)用笔画线代替导线，将电路补充完整，要求：滑片P向右移动时滑动变阻器接入电路的阻值变大；
(2)连接电路时，开关应处于______状态，滑片P应置于最_____（选填“左”或“右”）端；
(3)连接好电路后闭合开关发现电流表和电压表均无示数，若故障只有一处且导线､电源､电表和各接线柱的连接都没有故障，小华准备用一根完好的导线来排查电路故障，他将导线并联到滑动变阻器两端，若此时电表都有正常的示数了，则说明故障是______________．
(4)排除故障后重新实验，保持电阻R接入电路的电阻不变，调节滑动变阻器滑片，测得4组数据如下表所示，请你根据图乙所示将第5组数据补充完整.
请你根据表中数据，在图丙上画出电流与电压的关系图像，根据图像，你能得出什么结论：_______________________________________________.
(5)为了让结果更具普遍性，接下来应该进行的操作是：____________________________.
【拓展】接着小华又利用该电路探究电流与电阻的关系，他只更换定值电阻，其余连接均不变。其实验步骤如下：
①将图中10 Ω的定值电阻更换为15 Ω的定值电阻，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数为U0，如图丁所示，并记录电流表示数；更换20 Ω的定值电阻重复上述操作；
②用25 Ω的定值电阻替换20 Ω的定值电阻进行实验时，他调节滑动变阻器的滑片，发现电压表示数始终不能调为U0。为完成实验探究，小华设计了如下两个调整方案：
第一个方案：其他条件不变，如果只更换滑动变阻器，则更换的滑动变阻器最大阻值不小于________Ω；
第二个方案：其他条件不变，如果只更换定值电阻，从理论上分析，更换的定值电阻阻值范围是________。
参考答案
典例精讲
例 (1)如答图所示
答图
(2)断开 左 (3)电流表的指针未调零 变式1 电流表的正负接线柱接反了 变式2 断开开关，将电压表接“15”接线柱的线改接到“3”接线柱上
(4)定值电阻R断路 变式1 C 变式2 B 变式3 A
(5)电阻
(6)①0.2 ②30 补充设问 15
(7)在电压一定的条件下，通过导体的电流与导体的电阻成反比
变式1 定值电阻两端的电压不同 变式2 B
(8)改变定值电阻R两端的电压
【拓展】4
【解析】(1)电压表应该并联在定值电阻R两端，且电流正进负出，修改后电路连接如答图所示；(2)在连接电路时，开关应处于断开状态；闭合开关前滑动变阻器的滑片应该调节到阻值最大处，即滑片P应置于最左端；
(3)闭合开关前，电流表指针未指在零刻度线上，说明电流表的指针未调零；
变式1 闭合开关后，电流表指针指在零刻度线的左侧，说明电流表正负接线柱接反了；
变式2 闭合开关后，电压表指针靠近零刻度线，说明电压表接入的量程太大了；解决的方法是：断开开关，将电压表接“15”接线柱的线改接到“3”接线柱上；
(4)闭合开关后电流表指针几乎不偏转，说明电路中存在断路，电压表示数始终接近3 V，说明电压表并联在电源两端，因此电路故障是定值电阻R断路；
变式1 闭合开关后电流表无示数，说明电路中存在断路，电压表无示数，说明电阻R无故障，因此电路故障是干路中电阻R以外的某部分存在断路，所以选择C；
变式2 闭合开关后电流表、电压表均有示数，说明电路不存在断路，移动滑动变阻器滑片，电表示数无变化，因此电路故障是滑动变阻器短路，所以选择B；
变式3 闭合开关后电流表有示数，说明电路中不存在断路，电压表无示数，说明电阻R短路，所以选择A；
(5)从表中可以看到记录的物理量为电阻与电流，所以探究的是通过导体的电流与导体电阻的关系；
(6)①从实物图中可知，电流表接0.6 A接线柱，分度值为0.02 A，所以此时电流表的示数为0.2 A；
②通过第2次实验可知定值电阻两端的电压为10 Ω×0.2 A＝2 V，而此时电源电压为3 V，所以滑动变阻器两端要分得1 V电压，滑动变阻器的最大阻值为10 Ω，所以根据串联电路分压原理，连入电路的定值电阻的最大阻值为Rmax＝2R滑＝20 Ω，所以当30 Ω的定值电阻连入电路后两端电压大于2 V，无法满足实验条件；
补充设问 电源电压为3 V，将30 Ω的定值电阻连入电路，定值电阻两端的电压为2 V，滑动变阻器两端电压为1 V，所以根据串联电路分压原理，连入电路的滑动变阻器的最大阻值至少为R滑＝eq \f(1,2)R＝15 Ω；
(7)从题图戊可知，电流与电阻的倒数成正比，所以可以得出结论：在电压一定的条件下，通过导体的电流与导体的电阻成反比；
变式1 I－eq \f(1,R)图像中斜率为定值电阻两端的电压U，图像a与b的斜率不同，则说明定值电阻两端的电压不同；
变式2 电流I与R之间的函数关系式为I＝eq \f(U,R)，因为电压U >0且为定值，且I >0，R >0，所以它的图像为第一象限的反比例函数的图像，B正确，故选B；
(8)实验中，为了获得多组数据，通过移动滑动变阻器的滑片位置来改变定值电阻R两端的电压；
【拓展】可调电源电压有1.5 V、3.0 V、4.5 V、6.0 V，因为实验中电压表示数为2.5 V，电源电压应该大于等于2.5 V，所以电源电压可能是3.0 V、4.5 V或6.0 V.
①当电源电压为3 V时，定值电阻两端的电压为UR＝2.5 V，所以滑动变阻器两端的电压为U滑＝3 V－2.5 V＝0.5 V，根据串联电路的分压原理，eq \f(UR,U滑)＝eq \f(R,R滑)，定值电阻的阻值分别为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、30 Ω，对应的滑动变阻器连入电路的阻值为1 Ω、2 Ω、3 Ω、4 Ω、6 Ω；
②当电源电压为4.5 V时，定值电阻两端的电压为UR′＝2.5 V，所以滑动变阻器两端的电压为U滑′＝4.5 V－2.5 V＝2 V，根据串联电路的分压原理，eq \f(UR′,U滑′)＝eq \f(R′,R滑′)，定值电阻的阻值分别为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、30 Ω，对应的滑动变阻器连入电路的阻值为4 Ω、8 Ω、12 Ω、16 Ω、24 Ω，其中12 Ω、16 Ω、24 Ω超出了滑动变阻器的最大阻值，故舍去；
③当电源电压为6 V时，定值电阻两端的电压为UR″＝2.5 V，所以滑动变阻器两端的电压为U滑″＝6 V－2.5 V＝3.5 V，根据串联电路的分压原理，eq \f(UR″,U滑″)＝eq \f(R″,R滑″)，此时只有5 Ω定值电阻可以接入电路，对应的滑动变阻器接入电路的阻值为7 Ω，其余定值电阻接入电路后，所需阻值均超过了滑动变阻器的最大阻值；根据上述分析可知当电源电压为3 V和4.5 V，分别接入20 Ω和5 Ω的定值电阻时，滑动变阻器接入电路的阻值相等为4 Ω.
实战演练
1.(1)如答图1所示

图1 图2
(2)断开 右
(3)滑动变阻器断路
(4)0.5 如答图2所示 当导体的电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比
(5)更换阻值不同的定值电阻，进行多次实验
【拓展】25 2.5～20 Ω
【解析】 (1)当滑片向右滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，故应该将滑动变阻器的左下接线柱连入电路，如答图1所示；
(2)为了避免损坏电路元件，连接电路时开关应处于断开状态；滑动变阻器接入电路阻值应最大，故滑片应置于最右端
(3)当电表均无示数且只有一处故障，结合题意分析可知故障不是定值电阻，定值电阻故障不会导致电表示数都为零，所以电路的故障是滑动变阻器或开关断路，用导线并联在滑动变阻器两端发现电表有示数了，说明电路故障是滑动变阻器断路；
(4)由图乙可知，电流表选用小量程，分度值为0.02 A，其示数为0.5 A；根据实验数据可以得出结论：在导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；
(5)为了得到普遍规律，应该更换阻值不同的定值电阻，进行多次实验
【拓展】①在电路中接入阻值为15 Ω的定值电阻，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数如图丁所示，电压表选用小量程，分度值为0.1 V，示数为1.5 V，再记录电流表示数；②用25 Ω的定值电阻替换20 Ω的定值电阻进行实验时，电压表示数不能达到1.5 V，第一个调整方案：电阻两端的电压始终保持U0＝1.5 V; 根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：U滑＝U－U0＝3 V－1.5 V＝1.5 V，根据分压原理，当接入25 Ω电阻时，变阻器连入电路中的电阻也应为25 Ω；故为了完成整个实验，如果只更换滑动变阻器，则更换的滑动变阻器最大阻值不小于25 Ω；第二个调整方案：如果只更换定值电阻，因定值电阻两端的电压与变阻器两端的电压相等，故当变阻器最大电阻连入电路中时，对应的最大的定值电阻为：R大＝20 Ω；电流表选用小量程，电路的最大电流为0.6 A，由欧姆定律I＝eq \f(U,R)，定值电阻的最小阻值为：R小＝eq \f(U0,Imax)＝eq \f(1.5 V,0.6 A)＝2.5 Ω，其他条件不变，如果只更换定值电阻，从理论上分析，更换的定值电阻阻值范围是2.5～20 Ω.
实验次数
1
2
3
4
5
R/Ω
5
10
15
20
30
I/A
实验序号
1
2
3
4
5
电流I/A
0.1
0.2
0.3
0.4
电压U/V
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5