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2020_2021学年九年级物理上学期期末复习考点通专题4探究欧姆定律含解析沪粤版
展开专题4探究欧姆定律
知识点一:怎样认识电阻
一、导体、绝缘体和半导体
1.导体:钢尺、盐水等物体容易导电的物体叫作导体。
2.绝缘体:木棍、橡皮、玻璃等物体不容易导电,我们把它叫作绝缘体。
3.半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间,这类物质叫半导体。锗、硅、砷化镓等都是半导体。
二、电阻
1.电阻:表示导体对电流阻碍作用大小的物理量。
2.单位:欧姆,简称欧,符号是Ω。常用单位:千欧、兆欧。单位换算:1MΩ=103KΩ,1KΩ=103Ω。
3.符号:R 电路图中的符号:。
三、影响电阻大小的因素
1.常温下导体的电阻:
(1)电阻大小是否跟导线的长度有关:
选用粗细相同、长度不同的两根镍铬合金丝,分别将它们接入电路中,观察电流表的示数。材料、粗细相同,越长的导体,电阻越大。
(2)电阻的大小是否跟导线的粗细有关:
选用长度相同、粗细不同的两根镍铬合金丝,分别将它们接入电路中,观察电流的示数。长度、材料相同,粗、细不同的镍铬合金丝越细的电阻越大。
(3)电阻的大小是否跟导线的材料有关:
选用长度、横截面积相同,材料不同的镍铬合金丝和铜丝,分别将它们接入电路中,观察电流表的示数。长度、粗细相同,材料不同,镍铬合金丝的电阻大。
(4)实验方法:控制变量法。所以讨论“电阻的大小与哪一个因素的关系”时必须指明“相同条件”。
(5)电阻大小的比较:在相同电压下,通过导体的电流越小,导体的电阻越大。
2.导体的电阻受温度的影响:
(1)导体的电阻与它的温度的高低有关,金属导体的电阻通常随温度的升高而增大。而有些导体的电阻,如铅笔芯(石墨),其电阻是随着温度的升高而减小。在温度变化不大时,一般不考虑温度对电阻的影响。
(2)超导体:发生超导现象的物质叫作超导体。
四、变阻器
1.滑动变阻器:
(1)电路符号:或者
(2)构造:瓷筒、线圈、滑片、金属棒、接线柱。
(3)结构示意图:
(4)原理:通过改变接入电路中的电阻丝的长度来改变电阻。
(5)铭牌:某滑动变阻器标有“50Ω 1.2A”字样,50Ω表示滑动变阻器的最大阻值为50Ω或变阻范围为0~50Ω。1.2A表示滑动变阻器允许通过的最大电流为1.2A。
(6)作用:①通过改变电路中的电阻,逐渐改变电路中的电流和部分电路两端的电压;②保护电路。
典例1.(2020绥靖模拟)下面有关导体电阻的说法中正确的是( )
A.导体没有电阻,绝缘体有电阻
B.铜的电阻比铁的电阻小
C.粗细、长短都相同的铜丝和铁丝比较,铁丝的电阻较大
D.要改变导体的电阻,可以改变通过的电流
【答案】C
【解析】A.导体和绝缘体的区别在于电阻的大小,绝缘体是指电阻无穷大的物体,故A错误;
B.要比较电阻的大小,需要比较导线长度、粗细及导体的材料,故B错误;
C.粗细相同,长度相同的铜丝的电阻要比铁丝小,故C正确;
D.导体的电阻与通过导体的电流无关,故改变电流无法改变导体的电阻,故D错误。
故选C。
典例2.(2020莆田期中)要使一根镍铬合金线接入电路的电阻变大,可采用的方法是( )
A.增大导线两端的电压 B.减小导线中的电流
C.将导线拉长后接入电路 D.将导线对折后接入电路
【答案】C
【解析】AB.导体的电阻是导体阻碍电流的性质,与导体两端的电压和通过的电流无关;故AB错误;
C.将这根导线拉长,长度变长、横截面积变小,电阻变大,可以使连入电路的导线电阻变大,故C正确;D.将导线对折后接入电路,长度变小、横截面积变大,导体的电阻变小,故D错误。
故选C。
典例3.(2020德州模拟)滑动变阻器的滑片P滑动时,接入电路的电阻发生变化的原因是( )
A.加在电阻丝两端的电压发生变化 B.电阻丝横截面积发生变化
C.连入电路的电阻丝长度发生变化 D.通过变阻器的电流强度发生变化
【答案】C
【解析】动变阻器的滑片P滑动时,接入电路的电阻丝的长度发生变化,导致电路中电流变化,导致滑动变阻器两端电压都发生变化,接入电路的电阻发生变化的原因是电阻丝长度的变化,电阻发生变化的结果是电路电流变化和滑动变阻器两端的电压的变化,整个过程中电阻丝的横截面积都没有变化,故ABD不符合题意,C符合题意。
故选C。
知识点二:探究欧姆定律
一、探究电流与电压的关系
1.任何电学实验,在闭合开关之前,滑动变阻器应调节到阻值最大处,这样可以保护电路。
2.本实验中滑动变阻器的作用有两点:①保护电路;②改变定值电阻两端的电压
3.如果只凭一组数据,就得出电流与电压成正比的结论,缺乏普遍性,所以本实验用不同阻值的电阻,重复实验操作,这样得出的数据更具普遍性。
4.要会根据I-U图,判断电阻值的大小。
如图,通过相同的电流时,UB>UA,所以RB>RA
二、探究电流与电阻的关系
在本次实验中滑动变阻器的作用:①保护电路 ②调节定值电阻两端的电压,使定值电阻两端的电压保持不变。
三、欧姆定律
1.内容:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比
2.公式:,变形公式:U=IR ,。
3.欧姆定律中三个物理量适用于同一时间的同一部分电路上,不同导体的电流、电压、电阻间不存在上述关系。
4.在用欧姆定律进行计算时,单位必须统一,即电压、电流、电阻的单位必须为伏特(V)、安培(A)、欧姆(Ω),如果不是,在计算前必须先统一单位。
5和的区别:欧姆定律表达式表示导体的电流与导体两端的电压和导体的电阻有关。当电阻一定时,电流与电压成正比。而是由欧姆定律表达式变形得到的,它表示某段导体的电阻在数值上等于这段导体两端电压与其通过的电流的比值,而R是导体本身的一种属性,它的大小与电压和电流无关。
典例4.(2020长河模拟)某小组在探究电流与电压关系时,得到的实验数据如下表:
R=10Ω
电压U/V
2
4
6
电流I/A
0.2
0.4
0.6
(1) 分析数据发现:在______时,______跟______成______(填“正”或“反”)比。
(2)在坐标纸上画出U-I关系图。
(3) 在本实验中,滑动变阻器的作用除了保护电路外,主要是__________________。
【答案】(1)电阻一定;导体中的电流;导体两端的电压;正; (2) 如图所示;(3)改变定值电阻两端的电压
【解析】(1)由表格可知电流改变的倍数与电压改变的倍数相等,即正比例关系。在结论中一定要说电流与电压成正比,而不能说反。这是因为有电压才有电流,电压是因,电流是果,因此结论一定要说电阻一定时,电流和电压成正比。
(2)做图时,在坐标上描出对应的点连线即可以。因为电压若为0,电流也为0,所以该图象过原点。
典例5.(2020铁岭模拟)物理小组的同学在探究电流与电阻的关系时,用到如下器材:
电源1个,电流表、电压表各1只,定值电阻若干个,滑动变阻器1只,开关1个,导线若干,设计的电路如图所示,
(1)如表是他们获取的部分实验数据:
分析实验数据能得出什么结论?得出这一结论的依据是什么?
(2)若实验时少领了一只电压表。多领了一只电流表,请你设计一个电路图,使这个实验仍然可以进行,并写出实验步骤。
【答案】(1)结论:导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比;依据:每次实验时电流和电阻的乘积都等于同一个定值;
(2)电路图如上图;实验步骤:更换定值电阻R1,调节变阻器使A2示数不变,读出A1示数,多次实验。
【解析】(1)由表格数据知,电流和电阻的乘积为定值,所以电流跟电阻成反比,所以可根据实验数据得到的结论:导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比,
(2)若缺少电压表,可以用电流表与定值电阻代替电压表的作用,串联后再与被测电路并联,如图所示:
实验步骤:更换定值电阻R1,调节变阻器使A2示数不变,读出A1示数,多次实验。
故答案为:(1)结论:导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比;依据:每次实验时电流和电阻的乘积都等于同一个定值;
(2)电路图如上图;实验步骤:更换定值电阻R1,调节变阻器使A2示数不变,读出A1示数,多次实验。
典例6.(2020焦作一模)根据欧姆定律公式可以导出,由公式得出的正确结论是( )
A.导体电阻的大小跟导体两端电压成正比
B.导体电阻的大小跟导体中电流成反比
C.导体电阻的大小是由导体两端的电压和通过导体中的电流共同决定
D.导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小与导体两端的电压和导体中的电流无关
【答案】D
【解析】导体电阻由导体材料、长度、横截面积决定,与导体两端的电压和通过导体的电流无关,导体电阻在数值上等于导体两端电压与通过导体的电流之比,故ABC错误,D正确。
故选D。
典例7.某导体两端加上6V的电压时,通过导体的电流为0.3A,当导体中的电流为0.4A时,导体两端电压为多大?
【答案】方法一:由得到,导体的电阻
当导体中的电流为0.4A时,导体两端电压
方法二:因为,又因为。
所以:
可得
【解析】该导体两端加上一定的电压时,导体中相应地有一定的电流,如导体中的电流发生改变时,必然是导体两端的电压发生了改变,导体的电阻是一个定值。所以可以先根据导体两端加上6V的电压时,通过导体的电流为0.3A,利用欧姆定律公式算出电阻R,再根据这个不变的电阻和导体中的电流为0.4A,利用欧姆定律,即可求出这时导体两端的电压。
典例8.(2020江阴模拟)在做“探究电流与电阻的关系”的实验中,轩轩连接了如图所示的电路,他先在电路的a、b间接入10Ω的电阻,移动变阻器的滑片,读出电压表与电流表的示数,记录数据后,改用15Ω的电阻替换10Ω电阻,闭合开关,接下来他的实验操作应该是( )
A.观察电压表,向右移动滑片,读取电流数据
B.观察电流表,向右移动滑片,读取电压数据
C.观察电压表,向左移动滑片,读取电流数据
D.观察电流表,向左移动滑片,读取电压数据
【答案】A
【解析】将ab两点间改用15Ω电阻替换10Ω电阻时,导体的电阻变大,根据串联分压的知识,电阻两端的电压会变大,要探究电流与电阻的关系,需保持ab间的电压不变,所以应增大滑动变阻器接入电路的电阻,将滑片向右滑动,减小电压表的示数,使电压表的示数保持不变,并读取此时电流表的示数,故BCD不符合题意,A符合题意。
故选A。
典例9.(2020福州模拟)图中,能正确描述电阻一定时,电流随电压变化的图象是( )
【答案】A
【解析】电阻一定时,电流与电压成正比。
A.图像反应的是电流与电压成正比,故A正确;
B.图像反应的是电流随电压增大而减小,故B错误;
C.图像中当导体两端电压为0时,电流不为0,故C错误;
D.图像反应的电流与电压成反比,故D错误。
故选A。
知识点三:欧姆定律的应用
一、等效电阻
在电路中,如果一个电阻的效果和几个电阻在同一电路中的效果相同,可以认为这个电阻是几个电阻的等效电阻。这个概念可以结合“合力与分力的关系”对照理解。
如果电源电压相同,在图1和图2中电流表示数相同,可以认为R为R1和R2串联后的等效电阻,也称总电阻。
要点二、串联、并联电路中等效电阻与各分电阻的关系
1. 串联电路
在图1中,因为R1和R2串联,因此通过它们的电流相同,设R1两端电压为U1,R2两端电压为U2,则有:
2.在图2中有: 综合以上推导,有
因此可以得到有串联电路总电阻和分电阻的关系
2.并联电路
如图3、图4所示,R1和R2并联。两个图中电流表示数相同,说明R和R1、R2并联的效果相同,可以认为R是其等效电阻。
在图3中,有
在图4中,有:综合以上推导,有
即
三、串、并联电路中电阻规律的应用
1.串联电路中,电阻阻值之比等于电阻两端电压之比。推导如下:
2.并联电路中,各支路电阻阻值之比等于通过各支路电流的反比。推导如下:
典例10.(2020海口模拟)把R1=5Ω和R2=10Ω的两个电阻串联在电路中,它们的总电阻是Ω,R1两端电压与R2两端电压之比是。
【答案】15;1:2
【解析】因为两个电阻串联,所以串联后的总电阻为
R=R1+R2=5Ω+10Ω=15Ω
因为串联电路中电流处处相等,所以
典例11.(2020石河子模拟)如图所示,电阻R1、R2、R3的电阻值均为4Ω,A、B两点间的电压为6V并保持恒定,当开关S断开和闭合时,电路中的总电阻之比为;流过电阻R1的电流之比为。
【答案】3:2;2:3
【解析】开关断开时,R1、R2、R3串联,总电阻R=R1+R2+R3=4Ω+4Ω+4Ω=12Ω,电路中的电流
开关闭合时,R2被短路,R1、R3串联,总电阻
R′=R1+R2=4Ω+4Ω=8Ω
电路中的电流
所以
因为串联电路中电流处处相等,所以开关S断开和闭合时,流过电阻R1的电流之比为
典例12.(20120来宾模拟)如图所示电路图,电源电压6V保持不变,灯L2的电阻是10Ω,闭合开关S,电流表A1的示数是0.3A,不考虑温度对灯丝电阻的影响,求:(1)灯L1的阻值。(2)电流表A的示数。
【答案】(1)20Ω;(2)0.9A
【解析】由电路图可知,两灯泡并联,电流表A测干路电流,电流表A1测L1支路的电流.
(1)因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,由可得,灯L1的阻值
(2)因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,所以,电路中的总电阻
则干路电流表的示数
答:(1)灯L1的阻值为20Ω;(2)电流表A的示数为0.9A。
典例13.(2020绵阳模拟)在如图所示的电路中,电阻R1的阻值为10Ω。闭合开关S,电流表Al的示数为0.3A,电流表A的示数为0.5A。
求:(1)通过电阻R2的电流;
(2)电源电压;
(3)电阻R2的阻值。
【答案】(1)0.2A;(2)3V;(3)15Ω
【解析】S闭合,R1、R2并联,电流表Al测电阻R1的支路电流,电流表A测干路电流。
(1)由并联电路的特点知,通过电阻R2的电流
I2=IA-IA1=0.5A-0.3A=0.2A
(2)电源电压
U=IA1R1=0.3A×10Ω=3V
(3)电阻R2的阻值
答:(1)通过电阻R2的电流为0.2A;
(2)电源电压为3V;
(3)电阻R2的阻值为15Ω。
典例14.(2020闵行区模拟)教室里有多盏日光灯。使用时开的灯越多,则电路中( )
A.总电流越小 B.总电阻越小 C.总电阻越大 D.总电压越大
【答案】B
【解析】因为教室里装有多盏日光灯是并联的,每多开一盏灯,相当于在并联电路中增加一条支路,
支路越多,总电流会越大,总电阻会越小,而我国家庭照明电路的电压为220V,所以电路两端的总电压不变,综上所述,故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
典例15.(2020红河月考)如图所示的电路中,电源电压不变,电阻R1的阻值为20Ω.当断开开关S1和S2,闭合开关S3时,电流表的示数为0.50A;当断开开关S2,闭合开关S1、S3时,电流表的示数为0.90A。求:
(1)电阻R2的阻值。
(2)断开开关S1和S3,闭合开关S2时,加在电阻R1两端的电压。
【答案】(1)25Ω;(2)4.4V
【解析】(1)当断开开关S1和S2,闭合开关S3时,电路中只有电阻R1,而I1=0.50A,R1=20Ω,
所以,电源电压为
U=I1R1=0.50A×20Ω=10V
断开开关S2,闭合开关S1和S3时,电阻R1和R2并联,电流表测量的是干路中的总电流,而I=0.90A,
所以,通过电阻R2的电流为
I2=I﹣I1=0.90A﹣0.50A=0.40A
电阻R2的阻值为
R2==
(2)断开开关S1和S3,闭合开关S2时,电阻R1和R2串联,根据R1=20Ω,R2=25Ω,所以,电路中的总电阻为
R=R1+R2=20Ω+25Ω=45Ω
电路中的电流为
则电阻R1两端的电压为
U1=I串 R1=×20Ω≈4.4V
1.(2020北京模拟)下列物品中,通常情况下属于导体的是 ( )
A.塑料安全帽 B.布手套 C.橡胶鞋 D.钢尺
【答案】D
【解析】通常情况下,塑料安全帽、布手套、橡胶鞋都属于绝缘体,ABC选项错误;钢尺是导体,D选项正确。
故选D。
2.(2020呼和浩特模拟)早在19世纪20年代,德国物理学家欧姆就对导体中电流、导体两端电压的关系进行了大量的实验研究,发现对于大多数导体而言,导体中电流跟导体两端电压成正比。并于1827年在《动电电路的数学研究》一书中,把他的实验规律总结成如下公式:S=γ·E(S表示导体中的电流;E表示导体两端电压;γ表示导体对电流的传导率,简称电导率)。关于这一规律,下列说法正确的是 ( )
A.对于不同的导体,给它们两端加相同的电压,通过的电流与导体的电导率成反比
B.对于不同的导体,如果通过的电流相同,电压与导体的电导率成正比
C.电导率反映的是导体对电流的导通作用
D.电导率的大小是由加在导体两端电压与通过导体的电流决定的
【答案】C
【解析】A.对于不同的导体,给它们两端加相同的电压,通过的电流与导体的电导率成正比,故A
错误;
B.对于不同的导体,通过的电流相同时,电压与导体的电导率成反比,故B错误;
C.电导率反映的是导体对电流的导通作用,故C正确;
D.电导率是导体本身的一种性质,与电压、电流无关,故D错误。
故正确选项为C。
故选C。
3.(2020宁夏模拟)小明对中考体育测试使用的身高测量仪感兴趣,为了了解它的测量原理,他尝试设计了图所示的四个电路,其中能够实现身高越高、电压表示数越大的电路是 ( )
【答案】B
【解析】四个选项图中A、B、C三图是串联电路,D是并联电路。D中并联电路各支路两端电压相等且等于电源电压,又电源电压保持不变,则无论滑片如何移动,电压表示数不变,故排除D项。C图中电压表测电源电压,滑片移动时电压表示数不变,所以C项错。A、B两图中滑片向上移动时,R'接入电路中的阻值变小,根据串联电路分压规律,可知R'两端电压会减小,定值电阻R两端的电压会增大,所以B图正确,A图错。
故选B。
4.(2020怀柔模拟)(多选)如图所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,实验时,干电池两端电压会随电路中电阻的变化而改变。在不拆改电路的情况下,下列选项中的探究问题,利用这个电路进行实验能完成的是 ( )
A.电路中的电流一定时,电阻两端的电压与电阻成正比吗?
B.电阻一定时,通过电阻的电流与电阻两端的电压成正比吗?
C.电阻两端电压一定时,通过电阻的电流与电阻成反比吗?
D.电阻一定时,电阻消耗的电功率与电阻两端的电压的平方成正比吗?
【答案】BD
【解析】A.“电路中的电流一定时,电阻两端的电压与电阻成正比吗”中自变量是电阻,实验时需要改变多次,而在不拆改电路的情况下,不能改变R2的电阻,故A不符合题意;
B.“电阻一定时,通过电阻的电流与电阻两端的电压成正比吗”中的自变量是电阻两端的电压,可以通过移动变阻器的滑片来改变,因变量是电流,可以直接用电流表测量,故B符合题意;
C.“电阻两端电压一定时,通过电阻的电流与电阻成反比吗”中自变量是电阻,实验时需要改变多次,而在不拆改电路的情况下,不能改变R2的电阻,故C不符合题意;
D.“电阻一定时,电阻消耗的电功率与电阻两端的电压的平方成正比吗”中的自变量是电阻两端的电压,可以通过移动滑动变阻器的滑片来改变,因变量是电功率,可以通过电压表和电流表的示数乘积得到,故D符合题意。
故选BD。
5.(2020兰州模拟)如图所示的电路,电源电压均不变,R0为定值电阻,R为最大阻值已知的滑动变阻器,利用下列电路图能够测出待测电阻Rx阻值的是 ( )
【答案】 D
【解析】A.在图A中无法得到Rx中的电流,不能测出Rx的阻值,故A不符合题意;
B.在图B中只能测出干路电流,不能测出Rx的阻值,故B不符合题意;
C.在图C中不能得到Rx两端的电压,不能测出Rx的阻值,故C不符合题意;
D.在图D中,当滑片在最右端时,滑动变阻器连入电路的电阻为零,能测得Rx中的电流,当滑片在最左端时,能测得串联电路中的电流,利用电源电压不变列出方程,即可解得Rx的阻值,故D符合题意。
故选D。
6.(2020衡阳模拟)(多选)某物理兴趣小组用图甲所示的电路来测量一个软性材质的电阻R的阻值。电源电压恒定,闭合开关后,调节滑动变阻器的滑片,把每次实验中得到V表和A表示数描点在U-I图像中,然后连接这些点得到如图乙所示的U-I图像,则由图可知 ( )
A.电阻R的阻值为10Ω
B.当V表示数为2 V时,R消耗的电功率为0.4 W
C.若将R均匀拉长后,再重新进行实验,则描出的图线应在U-I图像中的Ⅰ区
D.滑片P左移,电路总功率变小
【答案】ABC
【解析】D.由甲图可知,开关闭合后,该电路为串联电路,电流表测电路中的电流,电压表测电阻R两端的电压。当滑片左移时,滑动变阻器接入电路中的电阻变小,电路中电流变大,而电源电压(U电源)保持不变,由P总=U电源I可知,电路总功率(P总)变大,D错;
A.由乙图可知,当R两端电压为1V时,通过它的电流为0.1A,由R=U/I可求得R=10Ω,A正确;
B.当电压表示数为2V时,电流表示数为0.2 A,由P=UI可求得R消耗的电功率为0.4 W,B正确;
C.若将R均匀拉长后,由于它的长度变大,横截面积变小,所以它的电阻会变大,那么当它两端加一样的电压时,电流会比原来小,所以描出的图线应在Ⅰ区,C正确。
故选ABC。
7.(2020黄冈模拟)如图所示是调光台灯的简化电路图,L标有“220V 40W”。闭合开关S,不考虑灯泡电阻的变化,则 ( )
A.当滑片P从b端向a端移动时,电路总电阻变大 B.当滑片P从a端向b端移动时,灯泡变亮
C.当滑片P在a端时,灯泡正常发光 D.当滑片P在b端时,电路总功率最大
【答案】C
【解析】A.当滑片P从b端移向a端时,滑动变阻器连入电路的电阻变小,根据串联电路电阻的特点可知,电路的总电阻变小,故A错误;
B.当滑片P从a端移向b端时,滑动变阻器连入电路的电阻变大,根据串联电路电阻的特点可知,电路的总电阻变大,根据欧姆定律可知电路的电流变小,灯泡变暗,故B错误;
C.当滑片P在a端时,滑动变阻器连入电路的阻值为零,电路中只有灯泡工作,灯泡两端的电压等于电源电压220 V,即等于其额定电压,灯泡正常工作,故C正确;
D.当滑片P在b端时,滑动变阻器连入电路的电阻最大,根据串联电路电阻的特点可知,电路的总电阻最大,根据欧姆定律可知电路的电流最小,电压不变,电路总功率最小,故D错误。
故选C。
8.(2020福州模拟)图电路中,闭合开关S1、S2,电流表和电压表均有示数。若断开S2,则 ( )
A.电流表示数变小,电压表示数变小 B.电流表示数变小,电压表示数变大
C.电流表示数变大,电压表示数变小 D.电流表示数变大,电压表示数变大
【答案】A
【解析】由题图可知,S1、S2闭合时,L2被短路,电压表测电源电压,电流表测通过L1的电流,此时电路的电阻较小,电流较大,当S2断开时,灯L1与L2串联,电路电阻变大,电流表示数变小,此时,电压表测L1两端的电压,小于电源电压,电压表的示数变小,故A正确,BCD错误。
故选A。
9.(2020临汾模拟)如图所示,是创新小组设计的汽车油量显示仪的电路原理图,其中电源电压恒定为6 V,定值电阻R0为5Ω,油量表实质上是量程为0~3 V的电压表。R为压敏电阻,其电阻值与油箱中油量的关系如下表所示。下列说法中正确的是 ( )
油量V/L
0
10
20
30
40
50
压敏电阻R/Ω
25
20
15
10
5
2.5
A.油箱中油量增多时,压敏电阻R的阻值变大 B.电压表示数为3V时,油箱中的油量为50L
C.油箱中油量为20L时,R0两端的电压为1.5V D.油箱中油量减少时,电路消耗电能的总功率变大
【答案】C
【解析】A.由表格可知,油箱中油量增多时,压敏电阻R的阻值变小,A选项错误;
B.电源电压恒为6V,当R0两端电压为3V时,R两端电压也是3V,因此,R=R0=5Ω,从表格中可看出此时油箱中的油量为40L,B选项错误;
C.油箱中的油量为20L时,R=15Ω,由可知,C选项正确;
D.由表格可知,油量减少时,R的阻值变大,电路的总电阻变大,总电压为6 V不变,由可知,电路消耗的总功率变小,D选项错误。
故选C。
10.(2020重庆模拟)如图所示电路中,电源电压恒为6 V,R1=30 Ω,只闭合开关S时,电流表示数为_______A;同时闭合开关S、S1,电流表示数为0.5 A,则通电1分钟电阻R2产生的热量为___J。
【答案】0.2;108
【解析】只闭合开关S时,则通过电阻R1的电流,即电流表示数
同时闭合开关S、S1时,R1与R2并联,电流表测干路电流;
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,通过R2的电流
I2=I-I1=0.5A-0.2A=0.3A
通电1 min电阻R2产生的热量
Q2=W2=UI2t=6V×0.3A×60s=108J
11.(2020南宁模拟)如图所示的电路中,电源电压保持不变,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,电流表示数将________,电压表示数将_______。
【答案】变小;变小
【解析】由题图可知,定值电阻R与滑动变阻器串联,电压表测R两端的电压,电流表测电路中的电流。滑动变阻器的滑片P向左移动时,接入电路中的电阻变大,电路中的总电阻变大,由可知,电路中的电流变小,即电流表的示数变小,由U=IR可知,R两端的电压变小,即电压表的示数变小。
12.(2020乌鲁木齐模拟)某实验小组的同学用铅笔芯探究导体的电阻与长度的关系,如图所示是该实验的电路图。
(1)闭合开关,向右移动铅笔芯上的滑片P1,电路中的电流________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)如果滑片P1滑动到铅笔芯最右端时,电压表示数很小,应该将滑动变阻器的滑片P2向______移动。
(3)移动铅笔芯上面的滑片P1,记录铅笔芯A、P1之间的距离和电压表的示数,数据如下:
AP1/mm
0
30.0
60.0
90.0
120.0
150.0
180.0
U/V
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
通过数据反映出的规律和______可以推出导体的电阻与导体的长度成______比的结论。若图示位置时电压表示数为0.9 V,滑片P2向右移动一段距离,电压表示数变为1.2 V,滑片P2再向右移动一段相同的距离,电压表示数为_______V。
【答案】(1)不变;(2)右;(3)欧姆定律();正;1.8
【解析】(1)分析电路可知,电压表与铅笔芯上的滑片P1连接,则铅笔芯AB全长接入,与变阻器串联在电路中,移动滑片P1时,并不能改变铅笔芯连入电路的电阻值,故电路中的电流不变。
(2)当滑片P1移动到铅笔芯最右端时,电压表测量铅笔芯两端的电压,示数很小,由串联电路分压关系
可知,是由于滑动变阻器连入电路的阻值较大,所分电压较大导致,故应将变阻器的滑片P2向右移动,减小其连入电路的阻值。
(3)分析表中数据得,导体两端电压与导体的长度成正比,又根据得,电流一定时,导体两端电压与导体的电阻成正比,故可推出,导体的电阻与导体的长度成正比。设铅笔芯电阻为R1,图示位置时变阻器接入电路的阻值为R2,P2移动一段距离减小的阻值为ΔR,则图示位置时,AP1两端电压
即
滑片P2向右移动一段距离时,AP1两端电压
即
URAP1=1.2V·(R1+R2-ΔR)②
滑片P2向右再移动相同一段距离时,AP1两端电压
即
URAP1=UAP1(R1+R2-2ΔR)③
由①②得
由①③④得
解得UAP1=1.8V。
13.(2020天津模拟)在探究电阻一定时电流与电压关系的实验中:
(1)请根据图甲所示的电路图,用笔画出导线完成图乙的电路连接;
(2)实验过程中得到的部分数据如下表所示。第3次测量时,电流表的示数如图丙所示,请将该
数据填入表格中;
实验序号
1
2
3
…
电压U/V
0.8
1.6
2.4
…
电流I/A
0.16
0.32
…
丙丁
(3)在图丁中的坐标轴上标出适当的标度,把上表中的数据在坐标系中描点并连线。
【答案】(1);(2)0.48;(3)
【解析】(1)根据电路图连接实物图的步骤,先将串联部分连接,再将V并联到R两端,最后检查V、A量程,“正入负出”是否符合,滑动变阻器连接是否符合要求,如图所示:
。
(2)电流表选择了0~0.6 A量程,分度值为0.02 A,故读数为0.48 A。
(3)电压值为0.8 V、1.6 V、2.4 V,电流值为0.16 A、0.32 A、0.48 A,先在坐标轴上合理标注数据,再对应描点,连线,如图所示:
。
14.(2020重庆模拟)小峻和小薇两位同学在“探究欧姆定律”的实验中,所用器材有:学生电源、电流表、电压表、标有“20Ω 2A”的滑动变阻器R'、开关,导线和定值电阻R若干。
(1)请根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙中的实物电路连接完整。(要求:向右移动滑动变阻器滑片时,电路中的电流变小,且导线不能交叉)
(2)连接电路时,开关必须__________;连接完电路后,小薇发现电流表和电压表的位置互换了,如果闭合开关,则_________表(选填“电压”或“电流”)的指针可能有明显偏转。
(3)排除故障后,他们先探究电流与电压的关系。闭合开关,移动滑片依次测得5组数据,其中第5次实验中电压表的指针如图丙所示,其示数为________V。他们记录的数据如表1所示,分析数据可以得到的结论是:在电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成_______比。
表1 电流与电压关系
实验序号
1
2
3
4
5
电压/V
1.0
1.2
1.8
2
电流/A
0.20
0.24
0.36
0.40
0.44
(4)他们继续探究电流与电阻的关系,先将电源电压调为6 V,分别换上多个定值电阻进行探究,数据记录如表2所示,老师指出其中一组数据是拼凑的,你认为是第________组(选填实验序号),理由是实验所用的滑动变阻器的最大阻值太_______了(选填“大”或“小”)。
(5)排除拼凑的数据后,分析数据可以得到的结论是:在_________一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
(6)在不更换滑动变阻器的情况下,可以采取______的措施(选填字母符号),完成这组拼凑数据所对应的实验测量。
A.降低定值电阻两端电压 B.降低电源电压 C.选用更大阻值的定值电阻
【答案】(1);(2)断开;电压;(3)2.2;正;(4)4;小;(5)电压;(6)B
【解析】(1)滑动变阻器与电阻串联,按“一上一下”接入电路。要求滑片向右移动时,电路中电流变小,故应接左下接线柱,如图所示:
。
(2)连接电路时,为了保护电路,开关必须断开;电压表和电流表互换位置时,由于电压表电阻非常大,所以电路中电流非常小,电流表示数几乎为0,电压表示数等于电源电压。
(3)电压表量程为0~3 V,故读数为2.2V;表1中数据显示,=定值,故电阻一定时,I与U成正比。
(4)将电源电压调为6 V,表2中数据显示,I·R=3V,则当R=25Ω时,R'也应等于25 Ω,题中所给变阻器标有“20Ω 2A”,不可能提供R'=25Ω,故第4组数据不真实。
(5)表2数据显示,I·R=定值,故可得结论:在U一定时,I与R成反比。
(6)降低电源电压,若保持所控制的电压为3V,则滑动变阻器所分电压将会小于3V,所给滑动变阻器可以使用。
15.(2020江西模拟)如图所示,电源电压可调,小灯泡上标有“6V 0.5 A”的字样(不考虑温度对小灯泡电阻的影响),电流表量程:0~0.6A,电压表量程:0~3V,滑动变阻器规格为“20Ω 1A”。
(1)电源电压调至6 V,闭合开关S1和S2,移动滑动变阻器的滑片P,使小灯泡正常发光,电流表示数为0.6 A,则电压表的示数是多少?R0的阻值是多少?
(2)电源电压调至8 V,断开开关S1、闭合开关S2,为了保证电路安全,求滑动变阻器的阻值变化范围。
【答案】(1)0V;60Ω;(2)4Ω≤R≤7.2Ω
【解析】(1)灯正常发光时,滑动变阻器接入电路中的阻值为0Ω,故电压表的示数为0V。
因为电流表示数I=0.6A;
R0的阻值为
(2)为了保证电路安全,当电压表示数U1=3 V时,可求滑动变阻器连入电路的最大阻值。
灯的电阻为
电路中的电流
为了保证电路安全,当电路中电流为
I2=IL=0.5 A
可求滑动变阻器连入电路的最小阻值为
滑动变阻器的阻值变化范围为
4 Ω≤R≤7.2 Ω
答:(1)电源电压调至6 V,闭合开关S1和S2,移动滑动变阻器的滑片P,使小灯泡正常发光,电流表示数为0.6 A,则电压表的示数是0V;R0的阻值是60Ω;
(2)电源电压调至8 V,断开开关S1、闭合开关S2,为了保证电路安全,滑动变阻器的阻值变化范围为4 Ω≤R≤7.2Ω。
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