通用版2020_2021学年九年级物理上学期期末复习讲义第10讲欧姆定律运用四含解析

第10讲欧姆定律运用四

教学目标

1．掌握滑动变阻器在实际情况中的运用

2．掌握常见电路故障分析及处理办法

知识点一滑动变阻器的作用常见考法

1．如何调节滑动变阻器

2．如何选用滑动变阻器

3．找出错误数据及错误原因

4．实验是否能完成及不能完成的原因

5．如何改进

A．改变电阻

B．改变电压

【经典例题二】

1．小明同学在“探究通过导体的电流与电阻的关系”时，他用如图所示的电路进行实验，可供选择的定值电阻分别为2.5Ω、5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω，滑动变阻器的规格为“15Ω 1A”。

（1）排除故障后，小明实验前预设电压表示数为2V不变。为了电路安全，小明不能选用的定值电阻为　　Ω．某次实验时，将10Ω电阻换成15Ω后，他下一步操作是：将滑动变阻器的滑片向　　（选填“A”或“B”）端移动，同时眼睛盯着　　（选填“电流表”或“电压表”）。

（2）小明分析：若预设电压表示数越大，那么滑动变阻器移动范围越　　（选填“大”或“小”）。若电源更换为可调电压电源，但仍预设电压表示数为2V不变，为了保证可用定值电阻均能正常进行实验，则该电源电压应该控制在　　V～　　V之间。

【解答】解：

（1）电流表选用小量程，电路的最大电流为0.6A；

实验中电阻R两端的电压始终保持2V不变，若选用2.5Ω的电阻，由欧姆定律，电路的电流为：

I＝＝＝0.8A＞0.6A，故实验中，不能被选用的电阻是2.5Ω；根据串联分压原理可知，将定值电阻由10Ω改接成15Ω的电阻，电阻增大，其分得的电压增大；探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，即应保持电阻两端的电压不变，根据串联电路电压的规律可知应增大滑动变阻器分得的电压，由分压原理，应增大滑动变阻器连入电路中的电阻，所以滑片应向右A端移动，同时眼睛盯着电压表，使电压表的示数不变；

（2）电压预设值越大，电路中电流越大，变阻器两端电压越小，由欧姆定律可知，变阻器连入阻值越小，滑动变阻器阻值调节范围越小；由题意知，滑动变阻器的最大阻值为15Ω，定值电阻的最大电阻为25Ω；根据串联电路的电压关系：

由串联电路的规律及分压原理有：＝

方程左边为一定值，故右边也为一定值，当变阻器连入电路的电阻最大时，对应的定值电阻应最大，此时电源电压最大，＝

电源电压最大值：U电源＝3.2V

故为保证可用电阻均能正常进行实验，电源电压应该控制在2V至3.2V之间。

2．小明用如图甲所示的电路探究“电流与电阻的关系”。所用电源为可连续调节输出电压且可以显示电压值的新型学生电源，滑动变阻器的规格为“10Ω 1A”，阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻各一个。

（1）进行第4次实验时，小明用15Ω定值电阻代替20Ω，直接读出电流表示数如图乙所示。由此可知：小明实验时电源电压是调节为　　V输出的。为保证实验探究的合理性，小明应在将滑动变阻器的滑片调至第3次实验时滑片位置的　　侧（左/右）。

（2）继续完成第5次实验时，小明将滑动变阻器调到最大值时，依然无法达到实验要求。为完成实验，小明可以　　

A．将电源电压调至2.5V

B．把变阻器换为“15Ω 1A”的规格再重新调节

C．将电源电压调至3.8V

D．把变阻器换为“5Ω 1A”的规格，再重新调节

【解答】解：

（1）由表中第3次实验数据知，当电阻为20Ω时，电流为0.1A，设变阻器连入电路的电阻为R滑，

根据串联电路的规律和欧姆定律，电源电压：

U＝（R3+R滑）I3＝（20Ω+R滑）×0.1A﹣﹣﹣﹣﹣﹣①；

小明用15Ω定值电阻代替20Ω，直接读出电流表示数（滑片位置不动）如图乙所示，电流表的量程为0﹣0.6A，分度值为0.02A，示数为0.12A，

根据串联电路的规律和欧姆定律，电源电压：

U＝（R4+R滑）I4＝（15Ω+R滑）×0.12A﹣﹣﹣﹣﹣﹣②；

由①②得：

调节输出的电压：U＝3V；

为保证实验探究的合理性，即控制电压表示数不变，应增大电压表示数，根据串联电路电压的规律，要减小变阻器连入电路中的电压，由分压原理，要减小变阻器连入电路的电阻大小，小明应在将滑动变阻器的滑片调至第3次实验时滑片位置的右侧；

（2）研究电流与电阻关系实验时，要控制电阻的电压不变，第5次实验时，将25Ω电阻接入电路，电压表示数变大，小明将滑动变阻器调到最大值时即等于10Ω时，不能调为2V，即大于2V，说明电源电压太高或变阻器的最大电阻太小；

设换用电源电压为U′的电源，根据串联电路电压的规律和分压原理：

＝，

﹣1＝﹣﹣﹣﹣﹣③，

由③式知，等式左边为一定值，故右边也为一定值，故当最大的定值电阻25Ω接入电路中时，变阻器连入电路中的电阻应为最大，为10Ω，

由③得：﹣1＝，U′＝2.8V，即将电源电压调至 2.8V，A正确，C错误；

设换用最大阻值至少为R′的变阻器，

同理，由③得：

﹣1＝，

即﹣1＝，

R′＝12.5Ω，即换用最大电阻至少为12.5Ω（小于15Ω）的变阻器，故B正确，D错误。

故选A、B。

【变式练习】

1．小颖利用如图甲所示电路测小灯泡的额定功率。被测小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω左右。实验室有如下器材：电源（电压为3V）、电流表、电压表、开关各一个、导线若干，滑动变阻器三只：R1（10Ω1A）、R2（50Ω0.5A）、R3（100Ω0.3A）。

（1）灯泡的额定功率测量完毕，小颖用5Ω、10Ω、20Ω、40Ω的定值电阻更换电路中的灯泡，探究电流跟电阻的关系，保持定值电阻两端电压为2V不变，为完成以上四组实验，小颖应选用滑动变阻器　　（选填“R1”、“R2”或“R3”）。若某次实验中滑动变阻器连入的阻值为10Ω，则所选定值电阻的阻值为　　Ω。

【解答】解：

（1）探究电流跟电阻的关系，保持定值电阻两端的电压2V不变，

由串联电路特点和欧姆定律知：＝，即＝，40Ω的定值电阻与滑动变阻器串联时，变阻器连入阻值最大

＝，R滑＝20Ω，故滑动变阻器接入电路的电阻为20Ω，

当定值电阻为5Ω时，电路中的电流：

I大＝＝＝0.4A＞0.3A，

综上，应选用“20Ω 0.5A”选择滑动变阻器R2；

若实验中滑动变阻器连入电路的阻值为10Ω，类似的有：＝，解得所选定值电阻的阻值R为20Ω。

2．志刚同学在“测量小灯泡的额定功率”实验中，所用电源电压恒为6V，小灯泡的额定电压为2.5V。

（1）为了研究电流和电阻的关系，志刚找到几个定值电阻，阻值分别是10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，他用10Ω的电阻替换电路中的小灯泡，移动滑片使电压表示数为2.4V，记录电流表示数，换上15Ω的电阻，移动滑片，最终电流表的示数为　　A；要完成研究电流与电阻的关系的实验，滑动变阻器的最大阻值至少为　　Ω。

【解答】解：

（1）探究电流与电阻的关系，需保证电压一定，当电压U＝2.4V，R＝10Ω时，根据欧姆定律，

I1＝＝＝0.24A；

当15Ω的电阻进行实验时，由欧姆定律，最终电流表的示数为：

I2＝＝＝0.16A；

电阻两端的电压始终保持UV＝2.4V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：

U滑＝6V﹣2.4V＝3.6V，变阻器分得的电压为电压表示数的＝1.5倍，根据分压原理，当接入30Ω电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：

R滑＝1.5×30Ω＝45Ω，故为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少45Ω的滑动变阻器。

3．小乐同学按图甲所示的电路图，探究“小灯泡的亮度和实际电功率的关系”。可用器材：标有“2.5V”字样的灯泡、电压恒为4.5V的电源、滑动变阻器R1“20Ω1A”、R2“50Ω1A”、R3“100Ω0.1A”、电流表（量程为0～0.6A、0～3A）、电压表（量程为0～3V、0～15V）

（1）同组的小越还想探究“电压一定时，电流与电阻的关系”，于是将电路中的小灯泡换成阻值分别为10Ω、8Ω、5Ω、2Ω的定值电阻，滑动变阻器选用R1“20Ω 1A”，电流表量程改接为0～3A，其余连接不变。在实验中，将定值电阻依次接入电路，调节滑动变阻器（接入阻值不为零）使定值电阻两端的电压保持U0不变，为了能够顺利得到4组I、R数据，该电压U0的取值范是　　。

【解答】解：

（1）把四个电阻串联接入电路中，电流表量程改接为0～3A，但滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，故电路的最小电阻为：

R小＝＝＝4.5Ω，

电路中接入2Ω的电阻时，滑动变阻器接入电路的最小电阻为：R'＝R小﹣2Ω＝2.5Ω；

设电压表示数为U表，根据串联电路电压的规律，变阻器的电压U滑＝U﹣U表＝4.5V﹣U表，

根据分压原理：

＝，即﹣1＝﹣﹣﹣﹣﹣①，

因研究电流与电阻关系的实验中，要保持电压表示数不变，由①式得，方程左边为定值，当变阻器接入电路中的电阻最小为R'＝2.5Ω时，对应的定值电阻最小为2Ω，代入①得，

﹣1＝，解得U表＝2V，即定值电阻两端的最大电压为2V；

同理，当滑动变阻器接入电路的电阻为20Ω时，对应的电阻最大为10Ω，代入①式得：

﹣1＝，解得U表＝1.5V，即定值电阻两端的最小电压为1.5V；

故电压表的取值范围大小应满足1.5V≤U表≤2V。

4．按图示的电路图做“测量小电灯的功率”的实验。所用器材有：标有“3.8V”字样的待测小电灯、电压恒为6V的电源、标有“20Ω 1A”的滑动变阻器、电流表（量程为0～0.6A、0～3A）、电压表（量程为0～3V、0～15V）。

（1）为了探究电流和电阻的关系，霄霄同学找到几个定值电阻，阻值分别是10Ω、20Ω、30Ω、40Ω、50Ω，且保持电压表的示数为3.8V不变。当用40Ω的电阻进行实验时，发现电压表的示数始终不能调到3.8V，聪明的霄霄想到了解决办法，若要顺利完成研究电流和电阻关系的实验她可以怎么办？　　。

【解答】解：

（1）探究电流和电阻的关系要控制电压表为3.8V不变，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：U滑＝U﹣U表＝6V﹣2.2V，变阻器的电压是电压表示数的倍，当用40Ω的电阻进行实验时，根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻为：R滑＝×40Ω≈23.2Ω＞20Ω，

即原来变阻器的最大阻值太小导致电压表的示数始终不能调到3.8V，若要顺利完成研究电流和电阻关系的实验，她可以换用最大阻值至少23.2Ω的变阻器。

5．小宜同学做“测量小灯泡电功率”的实验，电源电压恒定为6V，标有“2.5V”字样的待测小灯泡，正常发光时的电阻约为10Ω，所用滑动变阻器的规格为“50Ω 1A”。

（1）另外一位同学还想探究电流与电阻的关系，于是将甲图中的小灯泡换成定值电阻R，并使电压表的示数始终保持2V不变，多次更换阻值不同的定值电阻R，记录各次电流表的示数，在实验过程中，当A、B两点间的电阻有5Ω变为10Ω后，为了探究上述问题，他应该采取的唯一操作是　　

A、保持变阻器滑片不动B、将变阻器滑片适当左移

C、将变阻器滑片适当右移D、将电池个数增加

（2）在不更换其他器材的情况下，为能够完成实验，他更换的定值电阻R不能大于　Ω。

【解答】解：

（1）电流与电阻的关系时，应控制电阻两端的电压不变，当A、B两点间的电阻有5Ω变为10Ω后，电压表的示数会变大，为了控制电压表不变，应减小电压表的示数，减小电路中的电流，即增大滑动变阻器的电阻，滑片应向右移动，故选C；

（2）小灯泡换成定值电阻R，是因为灯丝电阻会受温度影响；电源电压为6V，电阻两端电压为2V，滑动变阻器分压为6V﹣2V＝4V，定值电阻两端电压的是变阻器电压的，据分压原理，定值电阻阻值的大小为滑动变阻器接入电路的阻值的，因滑动变阻器最大阻值为50欧姆，因此定值电阻最大阻值为×50Ω＝25Ω，即更换的定值电阻R的阻值不能大于25Ω。

6．小华学了电学知识后，设计了如图14（a）所示的电路，想要测量额定电压为2.5V小灯泡的I与U的关系，小华找来了实验器材并连接了部分实物电路如图（b），其中电源用的是2节干电池，滑动变阻器的铭牌标有“50Ω1A”，他所测得的数据如表所示：

（1）聪明的小豆说，小华的数据中有一组是杜撰的，你觉得是哪次实验数据？第　　次，理由是　　。

【解答】解：

（1）灯泡正常工作时的电阻约为：RL＝＝＝12.5Ω，滑动变阻器的最大阻值为50Ω，则电路中的最大电阻为R＝12.5Ω+50Ω＝62.5Ω，则电路中的最小电流为I＝＝≈0.05A，第一组的电流是0.1A，电流太小，无论如何移动滑动变阻器，都调不到这个电流值，故第一组是错误的。

【电路故障分析】

1．如图所示电路中闭合开关后，电路正常工作，一段时间后，灯泡突然熄灭，且一个电表示数变大，另一个电表示数变小，小明提出了如下可能的故障：①灯泡L开路；②灯泡L短路；③电阻R开路；④电阻R短路。请你分析故障可能是（　　）

A．①③ B．②④ C．②③ D．③

【解答】解：

（1）若灯泡L开路，电流表无示数，电压表也无示数，所以两表示数都减小，灯泡不发光，故①不符合题意；

（2）若灯泡L短路，则电流表有示数，电压表也有示数，所以两表示数都变大，灯泡不发光，故②不符合题意；

（3）若电阻R开路，则电流表无示数，电压表有示数，所以一个表示数变大，一个表示数变小，灯泡不发光，故③符合题意；

（4）若电阻R短路，则电流表有示数，电压表无示数，一个表示数变大，一个表示数变小，但灯泡仍发光，故④不符合题意；

综上所述：故障可能是电阻R开路引起的。

故选：D。

【变式练习】

1．如图所示，闭合开关S后，灯泡L没有发光，电流表和电压表的示数均为0．若电路中只有一处故障，则可能的故障是（　　）

A．灯泡L断路 B．电阻R断路 C．灯泡L短路 D．电阻R短路

【解答】解：闭合开关S，发现灯不发光，且电压表示数、电流表示数均为零。电路中一定有断路，故CD错误，可能是电流表断路；小灯泡断路；开关断路；若电阻R断路电压表有示数，故B错误，A正确；

故选：A。

2．如图所示的电路中，电源两端的电压保持不变，当开关S闭合后，灯L不发光，电压表指针有明显偏转。若电路中只有一处故障，对于此电路可能故障的判断，下列说法中正确的是（　　）

A．灯L断路 B．R1短路 C．R2短路 D．灯L短路

【解答】解：

A、如果灯泡L断路，整个电路断路，灯泡不亮，电压表指针不偏转。故A错误；

B、如果R1短路，R1相当于导线，滑动变阻器完好，有电流通过灯泡，所以灯泡能够发光。故B错误；

C、如果滑动变阻器R2短路，R2相当于导线，定值电阻完好，有电流通过灯泡，所以灯泡能够发光。故C错误；

D、如果灯泡L短路，闭合开关灯泡不会发光，电压表测量电源电压，电压表指针偏转。故D正确。

故选：D。

3．如图所示的实验电路中，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现电压表有示数但无明显变化，电流表有示数并且有变化，小灯泡不亮。则可能的故障原因是（　　）

A．小灯泡断路 B．小灯泡短路 C．变阻器短路 D．变阻器断路

【解答】解：由图可知，该电路为串联电路，滑动变阻器与灯泡串联在电路中，电流表测量电路中的电流，电压表测量滑动变阻器两端的电压；

移动滑动变阻器的滑片，电流表有示数并且有变化，说明电路是通路，滑动变阻器能改变电路，则滑动变阻器无故障；

灯泡不发光，且电压表示数几乎无变化，说明灯泡短路，电压表测量的是电源电压，故B正确。

故选：B。

4．如图所示S闭合后，L1、L2都发光，两个电表都有示数，突然一盏灯亮，一盏灯不亮，且电表示数都变为0，则该电路中可能故障是（　　）

A．电压表短路 B．电流表断路 C．L2短路 D．L2断路

【解答】解：

A、如果是电压表短路，则电源也处于短路状态，不会有一盏灯发光，不符合题意；

B、如果是电流表断路，则灯L2也不能发光，电流表和电压表都没有示数，符合题意；

C、如果是L2短路，则电源也处于短路状态，会烧坏电源，灯泡不能发光，不符合题意；

D、如果是L2断路，则灯L2不能发光，电流表没有示数，但是电压表会有示数，显示电源电压，不符合题意。

故选：B。

5．如图所示，电源电压保持不变，开关S闭合后，灯L1和L2都正常发光，一段时间后，一盏灯突然熄灭，而电压表和电流表示数都不变，则故障原因可能是（　　）

A．灯L1短路 B．灯L2断路 C．灯L1断路 D．灯L2短路

【解答】解：A、若灯L1短路，将形成电源短路，电流表将被损坏，不符合题意。

B、若L2断路，电压表测电源电压，示数不变，由于并联电路中各支路互不影响，因此电流表示数不变，符合题意。

C、若L1断路，则电流表无示数。不符合题意。

D、若L2短路，将形成电源短路，电压表和电流表均无示数。不符合题意。

故选：B。

6．如图所示电路，电源电压保持不变，三只电表均完好。开关S闭合后，发现只有两个电表的指针发生偏转，若电路中只有一个灯泡出现了故障，则可能是（　　）

A．电压表V1示数为零，灯L1开路 B．电压表V1示数为零，灯L1短路

C．电流表A示数为零，灯L2开路 D．电流表A示数为零，灯L2短路

【解答】解：

A、如果灯L1断路，整个电路就会断路，电流表无示数，而电压表V1、V2均与电源两极相连，所以V1、V2都有示数，即电压表V1示数不为零，故A不符合题意。

B、如果灯L1短路，则它两端的电压表也短路，即电压表V1示数为零。其它两表有示数，故B符合题意。

C、如果灯L2断路，整个电路就会断路，电压表V1和电流表会无示数，不符合题意。

D、如果灯L2短路，灯L1工作，则电流表和电压表都有示数，不符合题意。

故选：B。