認識實驗二：電學探究型實驗

一、技巧提煉

（一）探究影響導體電阻大小的因素

1.實驗内容

【實驗目的】探究影響導體電阻大小的因素。

【實驗器材】電流表、小燈泡、不同規格電阻絲（A-鎳鉻合金絲、B-截面相同較長鎳鉻合金絲、C-與A長度相同較粗鎳鉻合金絲、D-與A長度相同截面相同的錳銅合金絲）、導線若幹、開關、電池等。

【實驗步驟】一、按圖連接電路。

二、把A鎳鉻合金絲接入電路，閉合開關，測量電路電流，并觀察小燈泡亮度，結果記入表格。

三、把截面相同較長的鎳鉻合金絲B接入電路，閉合開關，測量電路電流，并觀察小燈泡亮度，結果接入表格。

四、把長度相同，截面較粗的鎳鉻合金絲C接入電路，閉合開關，測量電路電流，并觀察小燈泡亮度，結果接入表格。

五、把長度相同，截面相同的錳銅合金絲D接入電路，閉合開關，測量電路電流，并觀察小燈泡亮度，結果接入表格。

【實驗表格】

【實驗結論】（1）材料相同、截面相同的導體，電阻與長度有關，長度越長，電阻越大；

（2）材料相同、長度相同的導體，電阻與截面有關，截面越粗，電阻越小；

（3）長度相同、截面相同的導體，電阻與材料有關。

2.考查方向

（二）探究電路電流與電壓和電阻的關系

1.實驗内容

【實驗目的】探究電路電流與電壓和電阻關系。

【實驗器材】定值電阻、電流表、電壓表、電源、開關、導線、滑動變阻器。

【實驗原理】（1）在探究“電流跟電壓、電阻的關系”時，采用的研究方法是控制變量法。

（2）在探究“電流與電壓的關系”時，應保持電阻不變；

（3）在探究“電流與電阻的關系”時，将5Ω的電阻換成10Ω後，下一步操作是調節滑動變阻器，使前後電壓保持不變。

【實驗步驟】

一、按電路圖連接實物電路

二、探究電流與電壓關系

（1）閉合開關，移動變阻器劃片，使電阻R兩端電壓成整數倍增加，依次讀出電流表讀數，數據計入表格；

（2）電流與電壓關系測量表格（電阻R= ῼ）

（3）數據分析：電阻一定時，通過導體的電流與其兩端電壓成正比。

三、探究電流與電阻關系（控制電壓不變，如U=2V）

（1）選擇某一電阻，如：R=5ῼ，閉合開關，調節變阻器劃片，使R兩端電壓為2V，讀出電流表示數，并計入表格；

（2）更換電阻，如：R=10ῼ，閉合開關，調節變阻器劃片，使R兩端電壓為2V，讀出電流表示數，并計入表格；

（3）重複上述試驗過程，電阻分别選15ῼ、20ῼ、25ῼ。

（4）電流與電阻關系測量表格（電阻V= ）

（3）數據分析：電壓一定時，通過導體的電流與電阻成正比。

（4）整理器材。

【實驗結論】通過導體電流跟其兩端電壓成正比，與導體電阻成反比。

2.考查内容

（三）探究影響電流熱效應的因素

（1）電流産生的熱量與電阻的關系

如圖所示，兩個透明容器中密封着等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。兩個密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中的電阻比較大。

兩容器中的電阻絲串聯起來接到電源兩端，通過兩段電阻絲的電流相同。通電一定時間後，比較兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現象說明了什麼?

實驗表明：在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻産生的熱量越多。

（2）電流産生的熱量與電流大小的關系

如圖所示，兩個密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個容器的外部，将一個電阻和這個容器内的電阻并聯，因此通過兩容器中電阻的電流不同。在通電時間相同的情況下，觀察兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現象說明了什麼?

實驗表明：在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻産生的熱量越多。

二、真題展示

（一）探究影響導體電阻大小的因素

【典例1】（2020•綿陽）學校實驗室有一根長略大于60cm的均勻電阻絲，小明等同學打算探究這根電阻絲不同長度的電阻與對應長度的關系。已知這根電阻絲總電阻約6Ω．他們設計了如圖甲所示電路示意圖，電源電壓3V，電阻絲拉直固定在木闆上的a、b兩點，P為鳄魚夾。

完成實驗，回答下列問題：

（1）電流表應選用　 　（選填序号）。

A．電流表A1（0～60mA）

B．電流表A2（0～0.6A）

C．電流表A3（0～3.0A）

（2）正确連接電路，斷開開關，鳄魚夾P夾接在電阻絲上靠近b端某位置，用刻度尺測鳄魚夾與a端間電阻絲長度L，閉合開關，讀取電流表示數I；斷開開關，将鳄魚夾P向a端移動約10cm，重複前面的操作。6次測得的電阻絲長度L和對應電流表示數I如下表所示。

（3）計算接入電路電阻絲的電阻R，并填在上表中。補填根據第2次測量算出的電阻絲的電阻R2＝　 Ω。

（4）請在圖乙的坐标系中，制定縱橫坐标的标度，把上表中數據在坐标系中描點，然後畫出圖象。

（5）根據你畫出的圖象，　 　（選填“可以”或“不可以”）得到結論：在誤差範圍内，電阻絲的電阻與其長度成正比。

【答案】（1）C；（3）5；（4）如圖；（5）可以。

【解析】（1）根據實驗數據可知，當電路中接入的阻值為1Ω時，電路的電流：I最大＝

＝

＝3A，所以選用0～3A的電流表，故選C；

（3）由I＝

可得，電阻絲R2的電阻：R2＝

＝

＝5Ω；

（4）根據表中數據描點，然後用直線将各點連接起來，如下圖所示：

（5）根據圖象可知，R與L的圖象是一條直線，即R與L成正比，所以可以得出的結論為：在誤差範圍内，電阻絲的電阻與其長度成正比。

故答案為：（1）C；（3）5；（4）如圖；（5）可以。

【典例2】（2020•永州）某科技興趣小組在某次科技活動中看到若幹個長方體電阻（包含若幹個正方體電阻）。它們的材料相同，上下表面均為正方形，外形都如圖甲所示，接入實物電路的連接方式都如圖乙所示，有電流通過時都如圖丙所示。他們想探究長方體電阻的阻值與厚度及邊長的關系，在老師的幫助下，他們測量了部分電阻的厚度h、邊長a和電阻R，并記錄在表格中（長方體電阻不受溫度影響）。

（1）請你根據實物圖在虛線方框内畫出對應的電路圖（在電路圖中長方體電阻用“

”表示）：

（2）該實驗主要采用的探究方法是　 　（選填“控制變量法”或“類比法”）；

（3）根據表中數據可以推知第5次的電阻R＝　 　Ω；

（4）從已測的長方體電阻中選取兩個電阻，分别為R1和R2，它們對應的厚度h之比為1：2、邊長a之比為2：3，将R1和R2并聯接在同一閉合電路中，設通過R1的電流為I1，通過R2的電流為I2，則I1：I2＝　 　；

（5）分析表中數據，科技興趣小組得到了長方體電阻阻值與其厚度及邊長的關系。同時他們也大膽推測，在本次科技活動中所看到的正方體電阻，其阻值與邊長的關系是：　 　。

【答案】（1）如圖；（2）控制變量法；（3）2.5；（4）1：2；（5）阻值與邊長成反比。

【解析】（1）由圖可知，該電路為串聯電路，電流表測量電路中的電流，電壓表測量定值電阻R兩端的電壓，電路圖如圖所示：

（2）電阻的大小與材料、長度、橫截面積等因素有關，探究電阻與其中一個因素的關系時，采用的是控制變量法；

（3）對比3、4、5的實驗數據可知，在變長相同時，厚度越厚，電阻越小，即電阻與厚度成反比；厚度變為原來的2倍，電阻就會變為原來的一半，所以第5次的電阻為2.5Ω；

（4）根據1、2和3中的數據可知，在厚度相同的情況下，變長發生變化時，電阻不變，即電阻與長方體的變長是無關的；

從已測的長方體電阻中選取兩個電阻，分别為R1和R2，它們對應的厚度h之比為1：2、邊長a之比為2：3，則其電阻之比為2：1；将R1和R2并聯接在同一閉合電路中，電壓相同，根據歐姆定律I＝

可知，通過的電流之比為I1：I2＝1：2；

（5）對于正方體來說，當邊長變為原來的二倍時，即厚度變為原來的二倍，根據表格中的數據可知，電阻就會變為原來的一半，所以正方體的電阻的阻值與邊長成反比。

故答案為：（1）如圖；（2）控制變量法；（3）2.5；（4）1：2；（5）阻值與邊長成反比。

（二）探究電路電流與電壓和電阻的關系

【典例1】（2021·四川涼山彜族自治州·中考真題）某學習小組在“探究通電導體中電流與電阻的關系”的實驗中，小麗連接了如圖甲所示的電路（電源電壓保持4.5V不變）。

（1）請你用筆畫線代替導線将甲圖實物電路連接完整（要求：滑動變阻器的滑片P右移動時電路中電流變大；導線不能交叉）______ ；

（2）連接好電路，閉合開關，發現電壓表示數接近于電源電壓，電流表幾乎無示數，則故障為定值電阻R______；（選填“斷路”或“短路”）

（3）圖乙是小組根據測得的實驗數據繪制的電流I随電阻R變化的圖像，由圖像可知R兩端的電壓為______V；當R的電阻由5Ω更換為10Ω時，閉合開關後，應該将滑動變阻器的滑片P向______（選填“左”或“右”）端滑動從而達到控制R兩端的______不變的目的；若實驗中R的阻值分别是5Ω、10Ω、15Ω，則滑動變阻器的阻值至少是______Ω。

【答案】如圖；斷路；3；左；電壓；7.5。

【解析】（1）[1]在探究電流和電阻的關系的實驗中，滑動變阻器控制定值電阻兩端電壓不變，滑動變阻器和定值電阻串聯，滑動變阻器的滑片P右移動時電路中電流變大，所以滑動變阻器下面要接右側的接線柱，如圖所示：

（2）[2]如果R短路，電壓表也被短路，此時電壓表無示數，電流表有示數，不符合題意；當R斷路時，電壓表和電流表及滑動變阻器串聯，因為電壓表的電阻非常大，所以電流中的電流很小，所以電流表幾乎沒有示數，電壓表測電源電壓有示數，符合題意，故故障是R斷路。

（3）[3]由圖可知，當所用電阻阻值是5Ω是，電流是0.6A，所以定值電阻的電壓為

[4][5]當R

的電阻由5Ω更換為10Ω時，用滑動變阻器控制定值電阻兩端電壓不變，根據公式

得此時電路中的電路變小，所以滑動變阻器的電阻變大，即滑片向左滑動。

[6]因為定值電阻和滑動變阻器兩端的電壓一定，電流相等，所以定值電阻阻值最大時滑動變阻器的電阻也最大，當定值電阻是15Ω時，由乙圖可知電流為0.2A，此時滑動變阻器接入電路的電阻為

。

【典例2】（2021·湖南嶽陽市·中考真題）小聰用如圖甲所示的電路“探究電流與電阻的關系”，電源電壓為6V，滑動變阻器規格為“

，2A”，有

、

、

、

、

的定值電阻各一個。

（1）連接電路時，開關應______；

（2）将

的電阻接入電路，閉合開關，移動滑片P發現電壓表有示數，電流表始終無示數，其原因可能是定值電阻______（選填“斷路”或“短路”）；

（3）排除故障後，使電壓表示數為

，電流表示數如圖乙，此時電流為______A，記下電壓表、電流表的示數；

（4）将

的電阻分别換成

、

、

、

的電阻，繼續實驗。小聰發現當定值電阻為

時，無法完成實驗。為了讓

的電阻也能完成實驗，他設計了如下三個調整方案。其中方案有錯誤的是______。（選填“A”、“B”或“C”）

A．在電路中多串聯一個

的電阻，其餘操作不變

B．

不變，改變電源電壓，電源電壓的取值範圍是2V~4.4V

C．電源電壓不變，改變

的大小（視需要選取電壓表、電流表量程），

的取值範圍是2.25V~6V

（5）實驗完畢，得到結論：電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成______比。

【答案】斷開；斷路；0.4；B；反。

【解析】（1）[1]為了保護電路，在連接電路時，開關應斷開。

（2）[2]若電流表始終無示數，說明電路可能斷路，電壓表有示數，說明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯的定值電阻斷路。

（3）[3]如圖乙所示，電流表選用0~0.6A的量程，0.2A之間有10個小格，1小格代表0.02A，電流表的分度值為0.02A，電流表的示數為0.4A。

（4）[4]定值電阻兩端的電壓

A．控制

的定值電阻電壓不變，電路中的電流

其他電阻兩端的總電壓

其他電阻的總電阻

滑動變阻器規格為“

，2A”，在電路中多串聯一個

的電阻，其他電阻的總電阻最大值

調整有效，故A不符合題意；

B．

不變，電源電壓取2V時，滑動變阻器兩端的電壓為0V，連入電路中的電阻為零。

不變，即控制

的定值電阻電壓不變，電路中的電流不變，滑動變阻器連入電路中的電阻取最大值

時，電路中的總電阻

此時電源電壓

電源電壓的取值範圍是2V~5.33V，故B符合題意；

C．電源電壓不變，改變

的大小，

取2.25V時，電路中的最小電流

滑動變阻器兩端的電壓

滑動變阻器連入電路中的電阻

滑動變阻器規格為“

，2A”，方案可行，故C不符合題意。

故選B。

1. [5]由可知，實驗完畢，得到結論，電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成反比。

（三）探究影響電流熱效應的因素

【典例1】（2021·黑龍江中考真題）如下圖所示，在研究電熱與哪些因素有關的實驗中，同學們猜想電熱可能與電流大小、電阻大小以及通電時間長短有關。

（1）左側密閉容器内電阻絲阻值為

，右側密閉容器外部，将一個阻值為

的電阻與這個容器内的電阻絲并聯，目的是使通過左右兩密閉容器内電阻絲的______不同，右側容器内電阻絲的阻值應為______

，才能符合實驗研究的要求；

（2）在第（1）問實驗中測得，左側容器内電阻絲的電流大小為

，則通過右側密閉容器中的電阻絲電流大小為______

；

形管中液面高度差反映密閉空氣溫度的變化，左側

形管中液面高度差大于右側

形管中液面高度差，說明：___________；

（3）本實驗是研究電流的_______效應，從能量轉化的角度分析，是______能轉化為______能。

【答案】電阻；5；0.25；當電阻相同時，電流越大，産生的熱量越多；熱；電；内。

【解析】（1）[1]由圖得，右側容器中電阻絲與

的電阻并聯後，與左側

的電阻絲串聯，故左側密閉容器内電阻絲的電流大于右側密閉容器内電阻絲的電流。[2]當電流不同時，應控制電阻相同，研究電熱與電流的關系，故右側容器内電阻絲的阻值應為

。

（2）[3]由串、并聯特點可知，右側密閉容器中的電阻絲電流大小為

[4]電阻産生熱量越多，密閉空氣溫度越高，密閉空氣受熱膨脹越嚴重，空氣壓強越大，

形管中液面高度差越大。左側

形管中液面高度差大于右側

形管中液面高度差，說明左側電阻絲産生的熱量比右側電阻絲産生的熱量多。因此可得：當電阻相同時，電流越大，産生的熱量越多。

（3）[5][6][7]本實驗研究的是電阻産生熱量的多少與電流大小的關系，電阻消耗電能産生熱量，是電流的熱效應。

【典例2】（2021·廣西貴港·中考真題）在“探究電流産生的熱量與哪些因素有關”的實驗中，實驗電路如圖1所示，其中R1>R2。

實驗一：探究電流産生的熱量與電阻大小的關系；

（1）請按照圖1中的電路圖将圖2實物圖連接完整；_______

（2）實驗電路按照圖1中的電路圖連接是為了控制通電時間相同和控制_______；電阻絲放出熱量的多少，通過_______來進行判斷。

（3）為了便于比較兩根電阻絲通過電流後産生熱量的多少，a、b兩瓶中要裝入_______相等、初溫相同的同種液體。為了在較短時間内達到明顯的實驗效果，實驗時選用煤油而不選水，是因為煤油的比熱容_______水的比熱容（選填“大于”、“等于”或“小于”）；

實驗二：探究電流産生的熱量與電流大小的關系

（4）閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電路中的電流變成實驗一中電流的2倍，且通電時間相同。實驗發現：用電阻絲R1加熱的煤油，在實驗一中溫度升高Δt1，在實驗二中溫度升高Δt1′，則Δt1′_____2Δt1（選填“大于”、“等于”或“小于”），該實驗說明電流産生的熱量與電流大小______正比例關系（選填“成”或“不成”）。實驗中，用電阻絲R2加熱煤油重複以上實驗步驟，也可以得出相同的結論。

（5）如果在兩燒瓶中分别裝入質量相等的不同液體，并接入兩根阻值_______的電阻絲（選填“相同”或“不同”），就可用這個裝置來探究兩種不同液體的吸熱性質。假設a燒瓶中液體的質量為m，瓶中電阻絲的阻值為R，測出通過它的電流為I，通電一段時間t後，溫度計的示數變化量為Δt，若不計熱量損失，則a液體的比熱容為________（用所給出的物理量寫出比熱容的表達式）。

【答案】如圖；電流相等；溫度計的示數變化；質量；小于；大于；不成；相同；

。

【解析】（1）[1]變阻器一上一下串聯接入電路中，如圖所示：

（2）[2]圖1中，兩個電阻絲串聯，通過它們的電流相等，通電時間相等。

[3]根據轉換法知，電阻絲放出熱量的多少，是通過溫度計的示數變化來進行判斷的。

（3）[4]為了便于比較兩種電阻絲通過電流後産生熱量的多少，甲乙兩瓶中要裝入質量相同、初溫相同的同種液體。

[5]因煤油比水具有較小的比熱容，故用煤油比用水更容易看出溫度的變化。

（4）[6][7]閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電路中的電流變成實驗一中電流的2倍，且通電時間相同，根據Q=I2Rt可知，電阻絲産生的熱量是原來的4倍；所以用電阻絲R1加熱的煤油，溫度升高Δt1′大于2Δt1，該實驗說明電流産生的熱量與電流不是正比例關系。

（5）[8]在兩燒瓶中分别裝入質量相等的不同液體，并接入兩根阻值相等的電阻絲，可以探究兩種不同液體的吸熱性質。

[9]電阻絲産生的熱量Q=I2Rt，不計熱量損失，液體吸收的熱量Q吸=Q=cmΔt

則c

=

。

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