12. 小明在测量2.5 V灯泡的电阻时,连接的电路如图

所示。
(1)检查电路,发现有一根导线连接错误,请你在连接错误的导线上打“×”。若没有发现错误,闭合开关,会出现
① 灯泡不亮,② 电压表的指针指向最大刻度右侧,③ 电流表无示数(答出一种现象即可)
现象。在图中补画出正确的连线。闭合开关前,他应将滑动变阻器的滑片调到
B
(A/B)端。
(2)小明改正错误后,按正确的操作测得的数据如下表所示。

则第一次测得的灯泡的电阻为
10 Ω
。表中计算出的灯泡的电阻均不相等,你认为可能的原因是:
灯泡的电功率随它两端电压的升高而增大,或灯泡的电功率随它通过的电流增大而增大,或灯泡中电流随它两端的电压升高而增大,或灯泡灯丝的电阻随它的温度升高而增大,或灯泡两端的电压与它电流的比值近似不变,或灯泡灯丝的电阻随它的温度升高而增大或测量中出现误差(只需答出一条)
。
答案:12. (1)灯泡右侧接线错误 ① 灯泡不亮,② 电压表的指针指向最大刻度右侧,③ 电流表无示数(答出一种现象即可) 灯泡右侧接线接电压表“-”接线柱 B (2)10 Ω 灯泡的电功率随它两端电压的升高而增大,或灯泡的电功率随它通过的电流增大而增大,或灯泡中电流随它两端的电压升高而增大,或灯泡灯丝的电阻随它的温度升高而增大,或灯泡两端的电压与它电流的比值近似不变,或灯泡灯丝的电阻随它的温度升高而增大或测量中出现误差(只需答出一条)
解析:
【分析】
首先明确伏安法测灯泡电阻的电路规则:电流表需串联在电路中,电压表要并联在灯泡两端且正负接线柱正确;滑动变阻器闭合开关前需调至最大阻值处以保护电路。解题时,先找出错误导线,分析错误电路的故障现象,再计算电阻并结合灯丝特性分析电阻差异的原因。
【解析】
(1)电路错误:电压表应并联在灯泡两端,图中灯泡右侧连接电压表“-”接线柱的导线错误(在该导线上打“×”)。若未修正错误,电压表串联在电路中,因电压表内阻极大,电路电流几乎为零,会出现灯泡不亮、电流表无示数、电压表指针指向最大刻度右侧的现象。闭合开关前,滑动变阻器需调至最大阻值处,由滑动变阻器接线可知,滑片调至B端时电阻最大,故填B。
(2)根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,第一次测得的电阻为$R=\frac{2.0V}{0.2A}=10Ω$。灯泡电阻不同的原因:灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大,因为灯泡两端电压不同时,实际功率不同,灯丝温度不同,导致电阻变化。
【答案】
(1)在灯泡右侧错误导线上打“×”;灯泡不亮(或电流表无示数、电压表指针指向最大刻度右侧);B;(2)10 Ω;灯泡灯丝的电阻随它的温度升高而增大(合理即可)
【知识点】
伏安法测电阻、滑动变阻器的使用、影响电阻的因素
【点评】
本题为电学实验基础题,考查伏安法测电阻的电路故障分析、实验操作要点、电阻计算及影响电阻的因素,需掌握电路连接规则和实验原理,难度适中。
【难度系数】
0.6
13. 铅笔芯的主要成分是石墨。软硬度不同的铅笔其用途是不同的,如作画用6B软铅笔,写字用软硬适中的HB铅笔,制图用6H硬铅笔。铅笔芯是导体,那么铅笔芯电阻的大小与其软硬度有何关系呢?请你设计一个实验方案对这个问题进行探究。
(1)实验器材的名称及数量。
(2)主要实验步骤及所要测量的物理量(用字母表示)。
(3)分析测得的物理量,判断铅笔芯电阻的大小与软硬度的关系。
答案:13. (1)电源、开关、电流表、导线,长度、横截面积都相同而软硬度不同的铅笔芯三根 (2)① 用导线将电源、开关、电流表依次和软、软硬适中、硬铅笔芯连成串联电路。② 闭合开关,分别读出电流表的示数$I_1$、$I_2$、$I_3$ (3)若$I_1= I_2= I_3$,则铅笔芯的电阻大小与软硬度无关;若$I_1>I_2>I_3$,则铅笔芯的电阻大小与软硬度有关,在长度、横截面积都相同时,铅笔芯的硬度越大,电阻越大;若$I_1<I_2<I_3$,则铅笔芯的电阻大小与软硬度有关;在长度、横截面积都相同时,铅笔芯的硬度越大,电阻越小
解析:
【分析】
要探究铅笔芯电阻与软硬度的关系,需运用控制变量法,控制铅笔芯的长度、横截面积相同,仅改变软硬度;根据欧姆定律,电压一定时,电阻越大电路中电流越小,因此可通过电流表测量电路电流间接比较电阻大小,进而得出电阻与软硬度的关系。
【解析】
(1)实验器材:电源、开关、电流表、导线,长度、横截面积都相同而软硬度不同的铅笔芯三根;
(2)实验步骤:①用导线将电源、开关、电流表依次和软、软硬适中、硬铅笔芯连成串联电路;②闭合开关,分别读出电流表的示数$I_1$、$I_2$、$I_3$;
(3)关系判断:若$I_1= I_2= I_3$,则铅笔芯的电阻大小与软硬度无关;若$I_1>I_2>I_3$,则在长度、横截面积都相同时,铅笔芯的硬度越大,电阻越大;若$I_1<I_2<I_3$,则在长度、横截面积都相同时,铅笔芯的硬度越大,电阻越小。
【答案】
(1)电源、开关、电流表、导线,长度、横截面积都相同而软硬度不同的铅笔芯三根;(2)①用导线将电源、开关、电流表依次和软、软硬适中、硬铅笔芯连成串联电路;②闭合开关,分别读出电流表的示数$I_1$、$I_2$、$I_3$;(3)若$I_1= I_2= I_3$,则铅笔芯的电阻大小与软硬度无关;若$I_1>I_2>I_3$,则铅笔芯的电阻大小与软硬度有关,在长度、横截面积都相同时,铅笔芯的硬度越大,电阻越大;若$I_1<I_2<I_3$,则铅笔芯的电阻大小与软硬度有关,在长度、横截面积都相同时,铅笔芯的硬度越大,电阻越小
【知识点】
电阻的影响因素、控制变量法、欧姆定律
【点评】
本题为探究性实验题,重点考查控制变量法和转换法的应用,要求学生掌握实验设计的基本思路,理解电阻与电流的关系,属于初中物理基础实验题型。
【难度系数】
0.7
14. 如图14-5-15所示电路,电阻$R_1=5\ \Omega$,滑动变阻器$R_2$的阻值范围为$0~20\ \Omega$,电源电压为3 V,且保持不变。求:
(1)电流表的最大示数和最小示数。
(2)电压表的最大示数和最小示数。

答案:14. (1)0.6 A 0.12 A (2)2.4 V 0
解析:
【分析】
首先明确电路结构:电阻$R_1$与滑动变阻器$R_2$串联,电流表测量串联电路的总电流,电压表测量滑动变阻器上$a$点到滑片$P$之间的电阻两端的电压。解题思路:(1)根据欧姆定律,电源电压不变,电路总电阻越小,电流越大;总电阻越大,电流越小。当滑片$P$在$a$端时,滑动变阻器接入的$aP$段电阻为0,总电阻最小,电流最大;当滑片$P$在$b$端时,$aP$段电阻最大,总电阻最大,电流最小,代入欧姆定律公式计算即可得到电流表的最大和最小示数。(2)电压表的示数等于$aP$段电阻两端的电压,根据公式$U=IR$,当滑片$P$在$a$端时,$aP$段电阻为0,电压表示数最小;当滑片$P$在$b$端时,$aP$段电阻最大,结合此时的电流,计算得到电压表示数的最大值。
【解析】
(1)由电路图可知,$R_1$与$R_2$串联,电流表测电路中的电流,电压表测滑动变阻器$R_2$上$a$到$P$段的电压。根据欧姆定律 $I = \frac{U}{R}$,电源电压 $U = 3\ \mathrm{V}$ 恒定:
当滑片$P$在$a$端时,$aP$段电阻为0,电路总电阻最小,$R_{\mathrm{总小}} = R_1 = 5\ \Omega$,此时电流最大:
$I_{\mathrm{大}} = \frac{U}{R_{\mathrm{总小}}} = \frac{3\ \mathrm{V}}{5\ \Omega} = 0.6\ \mathrm{A}$;
当滑片$P$在$b$端时,$aP$段电阻最大为 $20\ \Omega$,电路总电阻最大,$R_{\mathrm{总大}} = R_1 + R_2 = 5\ \Omega + 20\ \Omega = 25\ \Omega$,此时电流最小:
$I_{\mathrm{小}} = \frac{U}{R_{\mathrm{总大}}} = \frac{3\ \mathrm{V}}{25\ \Omega} = 0.12\ \mathrm{A}$;
(2)根据 $U = IR$,电压表的示数为$aP$段电阻两端的电压:
当滑片$P$在$a$端时,$R_{aP} = 0$,电压表示数最小:
$U_{V\mathrm{小}} = I_{\mathrm{大}} × R_{aP} = 0.6\ \mathrm{A} × 0\ \Omega = 0\ \mathrm{V}$;
当滑片$P$在$b$端时,$R_{aP} = 20\ \Omega$,电路电流为 $I_{\mathrm{小}} = 0.12\ \mathrm{A}$,电压表示数最大:
$U_{V\mathrm{大}} = I_{\mathrm{小}} × R_{aP} = 0.12\ \mathrm{A} × 20\ \Omega = 2.4\ \mathrm{V}$;
【答案】
(1)电流表的最大示数为0.6 A,最小示数为0.12 A;(2)电压表的最大示数为2.4 V,最小示数为0 V。
【知识点】
欧姆定律、串联电路特点、滑动变阻器应用
【点评】
本题考查串联电路中欧姆定律的基本应用,关键是明确电表测量对象和滑动变阻器滑片移动对电路电阻的影响,属于初中电学基础题型,需掌握欧姆定律的基本公式和串联电路的规律。
【难度系数】
0.7