物理中考必考专题练习20 探究电流与电阻关系的实验（解析版）

实验二十、探究电流与电阻的关系实验【提出问题】：电流和电阻之间有什么样的关系？【猜想假设】：电流与电阻成反比。【设计实验】：使用控制变量法，即保持定值电阻两端的电压不变，研究电压不变时，电流与电阻的关系。电路图：　　【实验步骤】：　　　①按图接好电路。注意连接时开关要断开，开关闭合之前要把滑动变阻器调到阻值最大处，实物图如下所示。②分别将5Ω、10Ω、15Ω的定值电阻连入电路，检查电路后闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表示数保持3V不变，分别记下电流表的示数，填入表格。U=3V次数电阻R/Ω电流I/A15Ω0.6210Ω0.3315Ω0.2③根据数据画出I-R图像。,【得出结论】：电阻两端的电压一定时，电流与电阻成反比。【考点方向】：1、滑动变阻器的作用：①保护电路；②使电阻两端电压保持不变。2、在闭合开关前滑动变阻器应将滑片置于阻值最大端。3、该实验中利用多个不同阻值电阻测出多组不同的数据，其目的是避免实验偶然性，得出普遍规律。4、更换大电阻后如何滑动滑动变阻器的阻值：应使滑动变阻器的阻值变大，滑动变阻器分担的电压变大，保证定值电阻上分的的电压不变。5、连接好电路，闭合开关，发现电压表示数接近于电源电压，电流表几乎无示数，则故障为定值电阻R发生了断路。6、为了避免来回更换电阻，带来的麻烦，我们可以使用电阻箱来替换定值电阻。7、电阻箱阻值改变后，发现无论怎样调节滑动变阻器都不能达到实验要求，若电路无故障，则引起这种情况的原因可能是电阻箱的阻值调得太大(或滑动变阻器最大阻值太小)。8、电路中滑动变阻器阻最大值Rx的确定方法：UR/R=(U-UR)/RX。9、实验方法：控制变量法：保持电压不变，改变电阻研究电流随电阻的变化关系。10、结论：在电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比。【创新母题】：某班同学做“探究电流与电阻的关系”的实验，某小组连接了如图甲所示的实物电路。乙丙,（1）请在方框内画出对应的电路图（电阻箱符号为）（2）连接电路时，开关应　　，其目的是。（3）连好电路后，将电阻箱调至某一阻值，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数为一个适当的值U0，记录电流表的示数和　。（4）改变电阻箱的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使　　，并记录相应数据。（5）再次改变电阻箱阻值，发现无论怎样调节滑动变阻器的滑片都不能达到（4）中的要求，引起这种情况的直接原因是　　。（6）重复步骤（4）多次实验，其目的是。根据所得数据画出电流随电阻变化的图象如图乙所示。你认为该小组实验时的U0=　　V。（7）进一步研究发现由图线上的任一点和坐标轴围成的矩形“面积”大小都相等，由此可以得出的实验结论是　　。（8）以上实验过程中，所涉及到的实验探究方法是法，请再举出其他应用该探究方法的例子。（9）实验结束后，小组间交流时，发现邻组在相同的坐标系中画出的图象如图丙所示，你认为图象不同的原因是　　。【答案】：（1）如上图所示；（2）断开；保护电路，避免因电路中电流过大，而损坏电器元件。（3）电阻箱的阻值；（4）电压表的示数仍为U0；（5）电阻箱的电阻调得太大了；（6）一组数据具有偶然性，多组数据可以避免实验偶然性，得出普遍规律；6；（7）当电压一定时，电流与电阻成反比；（8）控制变量法；探究电流和电压的关系；,（9）这两个小组所控制的电阻箱两端电压不相同。【解析】：（1）根据图甲，由电路元件的连接顺序可得电路图如右所示：（2）为保护电路，在连接电路的过程中，开关应处于断开状态；（3）因为要探究电流与电阻的关系，所以须记录电流及电阻的数据进行分析，即要记录电阻箱的阻值；（4）要探究电流与电阻的关系，须控制电阻箱两端的电压不变，即电压表的示数仍为U0；（5）电阻越大，分得的电压越多，但电阻箱的电阻不断变大时，要使电阻箱两端电压达到U0，须使变阻器的电阻值变大，但不能达到U0时，表明滑动变阻器提供的电阻已达最大值，因而是电阻箱的电阻调得太大了；（6）一组数据具有偶然性，多组数据更能得出普遍规律，由图可知：U0=IR=3.0V×2A=6V；（7）由图乙可知，其横轴和纵轴所表示的物理量分别为电阻R及通过的电流I，面积不变，即IR的乘积不变，故表明：当电压一定时，电流与电阻成反比；（8）探究电流和电阻的关系时，要控制电阻两端的电压恒定不变，因此是采用的控制变量法；在探究电流与电压关系的时候，也是采用了该方法。（9）由图两可知，电阻箱两端的电压U0'=I'R'=3A×1Ω=3V≠U0．即两个小组所画出的图象不同，是因为他们所控制的电阻箱两端电压不同。练习1：（2019•丽水）利用如图电路研究“电流与电阻的关系”，其中电流表量程为“0～0.6A”，电压表量程为“0～3V”，滑动变阻器的规格为“50Ω，1A”，依次将阻值为5欧、10欧、20欧的定值电阻接入AB之间完成实验，获得数据如下表。实验组别123电阻R（欧）51020电流I（安）0.40.20.1请回答：（1）完成第一组实验，断开开关，拆下5欧的电阻，改接10欧的电阻。继续操作有以下四步：①闭合开关；②将滑动变阻器的滑片移到最右端；③记录电流表示数；④,将滑动变阻器的滑片移到适当位置。从安全和规范角度考虑，正确的顺序是　　；（2）上述操作④中判断滑片已处于适当位置的依据是　　；（3）依据表中数据作出了下列图象，其中正确的是　　；（4）要完成本次实验，电源最多只能将　　节干电池串联。【答案】：（1）②①④③；（2）电压表示数为2V；（3）AB；（4）4。【解析】：（1）改接10欧的电阻。继续操作的步骤：将滑动变阻器的滑片移到最右端；闭合开关；将滑动变阻器的滑片移到适当位置，记录电流表示数；从安全和规范角度考虑，正确的顺序是②①④③；（2）研究“电流与电阻的关系“，要控制电阻的电压不变，由表中数据知，这个电压为：U＝IR＝0.4A×5Ω＝2V，上述操作④中判断滑片已处于适当位置的依据是：电压表示数为2V；（3）由表中数据知，电阻为原来的几倍，通过的电流为原来的几分之一倍，即电压不变时，电流与电阻成反比，A正确，D错误；电流与电阻成反比，即电流与电阻的倒数成正比，B正确，C错误。故选AB；（4）要控制电阻的电压为2V不变，当定值电阻最大为20Ω时，对应的变阻器的最大电阻不超过50Ω，由压原理，变阻器的电压不超过50Ω/20Ω×2V＝5V，根据串联电路电压的规律，要完成本次实验，电源最多为：2V+5V＝7V，因1节只干电池为1.5V，故电源最多只能将4节干电池串联能将4节干电池串联。练习2：（2019•泰州）小华在“探究电流与电阻关系”的实验中：,（1）按要求将实物图连接完整（要求：滑片P向右滑时变阻器接入电路的电阻变大）。（2）在连接电路的过程中，开关必须处于　　（闭合/断开）状态，滑动变阻器的滑片P应放在最　　（左/右）端。（3）小华用三只阻值分别为15Ω、10Ω和5Ω的电阻探究“电流与电阻关系”的过程中，将15Ω电阻换成10Ω时，应将滑片向　　（左/右）移动，其目的是　　。【答案】：（1）如下图；（2）断开；右；（3）左；控制电阻两端的电压不变。【解析】：(1)滑片P向右滑时变阻器接入电路的电阻变大,说明滑片P向右滑时,变阻器接入电路中的电阻线的长度应变长,故应将滑动变阻器下端左侧接线柱接入电路中,如答案图所示。(2)连接电路时,为了确保安全,开关必须要断开。为了保护电路,闭合开关前滑片要置于使滑动变阻器接入电路中的阻值最大处。故闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应放在最右端。(3)探究“电流与电阻关系”时,应控制电压不变,改变定值电阻的阻值大小。将15Ω电阻换成10Ω时,根据串联分压原理可知,电阻两端的电压变小,为了控制电压和原来相同,就需要减小滑动变阻器两端的电压以增大定值电阻两端的电压,因此应将滑片向左移。练习3：（2019•镇江）小兵利用图1电路来探究电流与电阻的关系，他在实验中控制电压表示数为U0不变，相关器材规格已在图中标明。,（1）请用笔画线代替导线将电压表接入电路；（2）开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于图中最　　（选填“左”或“右”）端；（3）闭合开关，将电阻箱调至某阻值，调节滑动变阻器时，他发现电压表示数始终为零而电流表示数有明显变化，经检查是由于某处被短路而造成的，被短路的是　　；（4）小兵调节电阻箱阻值R，进行多次实验，所绘制的I与1/R关系图线如图2所示，由此可知U0＝　　V，实验结论是：在电压一定时，　　；（5）若由于电池电量不足，小兵换用4.5V电源后继续实验，进行了如下操作：①将电阻箱阻值先调至4Ω进行实验，实验完成后断开开关；②再将电阻箱阻值调至15Ω后，闭合开关进行实验；则由于小兵在上述操作中的一个疏漏，将会导致　　。（6）小华利用图1电路和器材也对电流与电阻的关系进行了探究在5Ω～25Ω范围内，他将电阻箱阻值R调至5个不同的值分别进行了实验，则他根据实验数据描点所绘制的与I与1/R关系图线不可能是图3中的　　（选填“甲”或“乙”），理由是　。【答案】：（1）如下图；（2）左；（3）电阻箱；（4）2；通过导体的电流与导体的电阻成反比；（5）电阻箱两端的电压超过电压表量程；（6）乙；当电阻箱阻值为25Ω时，滑动变阻器的最大阻值不能满足图线乙所需控制不变的电压0.75V。【解析】：（1）探究导体电流与电阻的关系时，需要控制导体两端的电压不变，因此电路图中电压表是测量电阻两端的电压，电压表要和被测对象并联。（2）为保证电路安全，在闭合开关前，应让滑动变阻器处于阻值最大，即接入电路中的电阻丝长度最长，由图可知，当滑片在最左端时接入电路中，电阻丝长度最长，电阻最大。,（3）电压表无示数说明，开路或者被短路，又电流表示数发生较大变化，因此可知，电路中没有开路，而是电阻发生了较大变化，因此可以推断电阻箱处发生了短路。（4）由图可知，电流与电阻的倒数商就是所控制的电压，同时也是该图像的斜率，因此可以计算U=I/(1/R)=0.5V/0.25A=2V.同时可以得出结论，当电阻两端的电压一定时，通过导体的电流与电阻的阻值成反比。（5）将电阻箱阻值先调至4Ω进行实验，再将电阻箱阻值调至15Ω后，电阻突然变大，分压也会变大。疏漏了将滑动变阻器置于阻值最大端，容易使电阻两端的电压过大。（6）由图中甲可知，控制的电压是2V，而乙图线所需控制不变的电压为0.75V。由串联分压可知，U滑=U-UO=4.5V-0.75V=3.75，此时滑动变阻器应接入电路中阻值为R=3.75V/0.03A=125Ω，而滑动变阻器最大阻值为50Ω，因此不可能是乙。练习4：（2019•临沂）在“探究电流与电阻关系”的实验中，小明依次选用阻值为5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻进行实验。（1）图甲是实验的实物连线图，其中有一条导线连接错误，请在该导线上打“×”并画出正确连线。（2）改正错误后闭合开关，电流表有示数而电压表无示数，电路故障可能是______。（3）排除故障后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片至某一位置，电流表的示数如图乙所示，此时电路中的电流为______A。（4）断开开关，将5Ω的定值电阻换成10Ω的并闭合开关，此时应将滑动变阻器的滑片向______（选填“左”或“右”）端移动，这一过程中眼睛要一直观察______表示数的变化。（5）下表是实验中记录的数据，分析数据可知：,①10Ω定值电阻的功率为______W。②当导体两端的电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成______比。【答案】：（1）如下图所示；（2）电阻短路；（3）0.4；（4）右；电压（5）0.4；反。【解析】：(1)由图甲可知,电流从正极→滑动变阻器→电阻左接线柱→电压表负接线柱→电流表→开关→电源负极,电阻没有接入电路,改正如答案图所示。(2)电流表有示数说明此电路是通路,电压表无示数,说明R短路或电压表开路。(3)由图甲可知,电流表接0~0.6A量程,示数为0.4A。(4)接5Ω的定值电阻时,保持其两端电压为U=IR=0.4A×5Ω=2V不变;将5Ω的定值电阻换成10Ω后,电路电流变小,滑动变阻器两端的电压变小,电源电压不变,由U=U1+U2可知,10Ω电阻两端的电压变大,要使定值电阻两端的电压降为2V,滑动变阻器滑片应向右滑动,使电路中的电流变小,定值电阻两端的电压变小;眼睛观察电压表使其为2V。(5)①10Ω定值电阻的功率为P=I2R=(0.2A)2×10Ω=0.4W;②由表格数据可知,当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。练习5：（2019•鹤岗）某学习小组在“探究通电导体中电流与电阻的关系”的实验中，小明连接了如图甲所示的电路（电源电压保持4.5V不变）。,（1）用笔画线代替导线将图甲实物电路连接完整（要求：滑动变阻器的滑片P向左移动，电路中电流变大，导线不得交叉）。（2）连接好电路，闭合开关，发现电压表示数接近于电源电压，电流表几乎无示数，则故障为定值电阻R　　（填“短路”或“断路”）（3）图乙是小组根据测得的实验数据绘制的电流I随电阻R变化的图象，由图象可知R两端的电压为　V；当R的电阻由5Ω更换为10Ω时，闭合开关后，为使R两端的电压　　（填“改变”或“不变”），滑动变阻器的滑片应向　　（填““左”或“右”）端滑动；若实验中R的阻值分别是5Ω、10Ω、15Ω，则滑动变阻器的阻值至少是　　Ω。【答案】：（1）如下图所示；（2）断路；（3）3；不变；右；7.5。【解析】：（1）滑动变阻器的滑片P向左移动，电路中电流变大，即电阻变小，故变阻器左下接线柱连入电路中与电阻串联，如下所示：（2）若定值电阻短路，电压表示数为0，电流表有示数，不符合题意；,若定值电阻R断路，电流表示数为0，电压表串联在电路中测电源电压，有示数，符合题意，故闭合开关，发现电压表示数接近于电源电压，电流表几乎无示数，则故障为定值电阻R断路；（3）图乙是小组根据测得的实验数据绘制的电流I随电阻R变化的图象，由图象可知R两端的电压为：U＝IR＝0.6A×5Ω＝﹣﹣﹣＝0.2A×15Ω＝3V；探究电流与电阻的实验中应控制电压不变，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，所以滑片应右端移动，使电压表的示数为3V。电压表控制的电压为3V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：U滑＝4.5V﹣3V＝1.5V，变阻器分得的电压为电压表示数的0.5倍，根据分压原理，当接入15Ω电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：R滑＝0.5×15Ω＝7.5Ω，故为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少7.5Ω的滑动变阻器。练习6：(2019·泰州）小华在“探究电流与电阻关系”的实验中（1）按要求将实物图连接完整(要求:滑片P向右滑时变阻器接入电路的电阻变大）。（2）在连接电路的过程中,开关必须处于____(闭合/断开)状态,滑动变阻器的滑片P应放在最____(左/右)端（3）小华用三只阻值分别为15Ω、10Ω和5Ω的电阻探究“电流与电阻关系”的过程中,将15Ω电阻换成10Ω时,应将滑片向____(左/右)移动,其目的是。【答案】：(1)如图所示,(2)断开；右；(3)左；保持电阻两端的电压不变。【解析】：(1)滑片P向右滑时变阻器接入电路的电阻变大,说明滑片P向右滑时,变阻器接入电路中的电阻线的长度应变长,故应将滑动变阻器下端左侧接线柱接入电路中,如答案图所示。(2)连接电路时,为了确保安全,开关必须要断开。为了保护电路,闭合开关前滑片要置于使滑动变阻器接入电路中的阻值最大处。故闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应放在最右端。(3)探究“电流与电阻关系”时,应控制电压不变,改变定值电阻的阻值大小。将15Ω电阻换成10Ω时,根据串联分压原理可知,电阻两端的电压变小,为了控制电压和原来相同,就需要减小滑动变阻器两端的电压以增大定值电阻两端的电压,因此应将滑片向左移。练习7.(2019·潍坊）在“探究电流与电阻的关系”实验中，某小组利用电阻箱等连接了如图甲所示的实物电路（电源电压恒为6V）。甲乙（1）用笔画线代替导线将图甲中电路连接完整（要求滑动变阻器滑片向B端滑动时接入电路的阻值变大）；,（2）将第一次实验得到的数据填入表格，然后将电阻箱接入电路的阻值由10Ω调至20Ω，滑动变阻器的滑片向______（选填“A”或“B”）端移动，直到______为止，此时电流表指针位置如图乙所示，其示数为______A；（3）根据以上实验数据得出结论：电流与电阻成反比。请对上述探究写出一条改进性建议______。（4）再次改变电阻箱阻值，发现无论怎样调节滑动变阻器都不能达到实验要求，若电路无故障，则引起这种情况的原因可能是_____。【答案】：(1)如下图所示；(2)B；电压表的示数为4V；0.2；　(3)进行多次实验(或结论中添加“电压一定”的前提)；　(4)电阻箱的阻值调得太大(或滑动变阻器最大阻值太小)。【解析】：(1)根据实验要求,滑动变阻器滑片向B端滑动时接入电路的阻值变大,则必须接A接线柱。(2)在探究电流跟电阻的关系时,必须保证电压不变,由表中数据可知,电压为4V不变,电阻由10Ω变为20Ω后,电路中的电流变小,此时滑动变阻器两端的电压变小,由U=U1+U2可知,电阻箱两端的电压变大,所以滑动变阻器滑片应向B端移动,直到电阻箱两端的电压降为4V;由于电流表的量程为0~0.6A,故其读数为0.2A。(3)由表中数据可知,只有两组数据,不具有普遍性,建议进行多次实验,得出在电压一定时,导体中电流跟导体的电阻成反比。(4)根据串联电路中分压原理,若电阻箱接入电路的阻值越大,电阻箱两端的电压就越大,要使电阻箱分压保持4V不变,则滑动变阻器分压必须变大,即滑动变阻器的最大电阻必须较大,否则无法使电阻箱两端的电压保持4V不变。练习8：（2018•菏泽）如图所示，用电流表（0﹣0.6A，0﹣3A）、电压表（0﹣3V，0﹣15V）、定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω各一个）、滑动变阻器（0﹣50Ω）、电源（6V）、开关和导线若干，探究电流与电阻的关系。,（1）请你根据甲图所示的电路图，将乙图中的电路连接完整。（2）滑动变阻器在电路中的作用是　　。（3）小强做此实验时，在电流表使用无误的情况下，收集测量数据，记录表格如下：实验次数电阻R/Ω电流I/A150.62100.13150.24200.155300.1小强的五次实验操作中有一次是错误的，请你对小强记录的数据进行分析，你发现第　　次测量的数据是错误的，错误的原因是　　。（4）请你根据表中正确的数据，在丙图中绘制出电流随电阻变化的图象。【答案】：（1）如下图；（2）控制电阻的电压不变；（3）2；没有控制电阻的电压不变；（4）如上右所示。【解析】：（1）将变阻器P以右电阻丝连入电路中与电阻串联，电流表串联在电路中；（2）研究电流与电阻关系，要控制电压表表示数不变，据此分析滑动变阻器在电路中的作用；（3）由表中数据，发现第2次电压表示数与其它实验的电压不同，据此分析；,（4）根据描点法作图。（1）将变阻器P以右电阻丝连入电路中与电阻串联，电流表串联在电路中，如上图所示：（2）研究电流与电阻关系，要控制电压表示数不变，故滑动变阻器在电路中的作用是：控制电阻的电压不变。（3）由表中数据，发现第2次电压表示数与其它实验的电压不同，故是错误的，原因是没有控制电阻的电压不变；（4）根据描点法作图，如上右所示。故答案为：（1）如上左；（2）控制电阻的电压不变；（3）2；没有控制电阻的电压不变；（4）如上右图所示。练习9：（2018•连云港）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险，可供选择的定值电阻分别为2.5Ω、5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．实验中电阻R两端的电压始终保持3V不变，滑动变阻器的规格为“15Ω1A”。（1）请用笔画线代替导线，将图中实物电路连接完整，要求滑动变阻器的滑片P向B端移动时接入电路的电阻变大。（2）闭合开关后，小明发现电流表示数为0，电压表示数很大，故障原因可能是　　。（3）实验中，不能被选用的电阻为　　Ω。（4）保证可用电阻均能正常进行实验，电源电压应该控制在　　V至　　V之间。【答案】：（1）如下图；（2）R断路；（3）2.5；（4）3；4.8。,【解析】：（1）因要求滑片P向B端移动时接入电路的电阻变大，故滑片以右电阻丝连入电路中，如下所示：（2）小明发现电流表示数为0，电压表示数很大，说明问题出在电压表两接线柱之间的电路，短路不对（这样电压表示数为0），只能是开路：R断路；（3）当电压表示数最大U1=3V且R1=2.5Ω时，电路中的电流最大，则I大=，滑动变阻器的规格为“15Ω1A”，滑动变阻器的最大电流不能超过1A，故2.5Ω不能用；（3）由题意知，滑动变阻器的最大阻值为25Ω，定值电阻的最大电阻为15Ω；根据串联电路的电压关系：，解得：U=4.8V，所以电阻两端的电压只能在3V到4.8V之间。