初中物理电流表、电压表在判断电路故障中的应用试题

小霞在伏安法测电阻的实验中，选用器材如下：电压为 $6V$的电源、规格为“ $10\Omega 1A$”的滑动变阻器 $R_1$、待测电阻 $R_x$、电流表、电压表、开关、导线若干。

（1）小霞连接的实验电路如图甲所示，其中有一条导线连接有误，若此时闭合开关电压表所测量的电压　　（填“会”或“不会” $)$超过它的量程。请将连接错误的导线画“ $\times$”，并用笔画线代替导线将电路连接正确。

（2）正确连接电路后，先将滑动变阻器的滑片移到最　　（填“左”或“右” $)$端，闭合开关，电流表的示数为 $0.2A$，调节滑片发现电流表的示数发生变化，电压表的示数始终为零。电路中的故障可能是电压表　　（填“短路”或“断路” $)$。

（3）排除故障后，小霞进行三次实验测出的电阻值分别为 $20.1\Omega$、 $20\Omega$、 $19.9\Omega$，待测电阻的阻值应为　　 $\Omega$。

（4）小霞将待测电阻 $R_x$换成额定电压为 $2.5V$的小灯泡，测量其额定功率。已知小灯泡正常发光时的电阻约为 $10\Omega$，通过分析发现实验无法完成，小霞发现实验桌上有三个阻值分别为 $10\Omega$、 $20\Omega$、 $30\Omega$的定值电阻，可将其中　　 $\Omega$的电阻串联在电路中，进行实验。

（5）闭合开关调节滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为 $2.5V$时，电流表的示数如图乙所示为　　 $A$，小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（6）小霞又设计了如图丙所示的电路，来测量额定电流为 $0.4A$小灯泡的额定功率。电源电压未知，定值电阻 $R_0$的阻值为 $10\Omega$．请你将下面的实验步骤补充完整。

①闭合开关 $S$，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为　　 $V$，小灯泡正常发光。

②保持滑动变阻器滑片的位置不变，将一根导线连接在电路中 $b$、 $d$两点之间，电压表的示数为 $6V$。

③取下 $b$、 $d$间的导线，将其连接在　　两点之间，电压表的示数为 $5V$。

④小灯泡的额定功率为　　 $W$。

若架设在两地之间的输电线发生了短路，如何方便快捷地确定短路的位置？

针对这一实际问题，某物理兴趣小组模拟真实情景，运用“建模”思想进行了研究：用两条足够长的电阻丝模拟输电线（每条电阻丝单位长度阻值为 $r)$，将导线连在电阻丝 $A$处模拟输电线短路，如图1甲所示。他们把一个电源（电压恒为 $U_0)$、一个定值电阻（阻值为 $R_0)$和一块电压表用导线连接起来装入一个盒内，并引出两根导线到盒外，制成检测盒，如图1乙所示。检测时将盒外的两根导线分别与模拟输电线 $B$端的两接线柱相连，从而构成检测电路。通过读取盒内电压表的示数、经过计算得知短路处到 $B$端的距离。

请你解答如下问题：

（1）在图1乙所示的检测盒内画出元件连接情况的电路图；

（2）根据你设计的检测电路，推导出 $\mathit{AB}$间距离 $L$与电压表示数 $U$的关系式：

（3）进一步研究发现，当电压表的量程为 $0~\frac{U_0}{2}$时，如果短路位置改变，需考虑测量值超电压表量程的可能。于是在检测盒中增加两个单刀双掷开关（符号 $)$，通过操作这两个开关来改变电压表的连接，完成检测。请在改进后的检测盒内画出元件连接情况的电路图（如图2所示）。

某学习小组计划探究电流与电阻的关系，设计的电路如图甲所示。

（1）请根据甲图把乙图中的电路连接完整（要求滑动触头向右移动时，电路中电流变大）。

（2）在闭合开关进行实验前，滑动变阻器的滑动触头应位于 　　（选填" $A$ "或" $B$ " $)$ 端。

（3）为得到多组实验数据，进行实验时需要更换连入电路中的定值电阻。每次更换定值电阻后，都需要调节滑动变阻器，使电压表的示数 　　。

（4）某次实验时，闭合开关，调节滑动变阻器，发现电压表的示数始终等于电源电压，电流表示数为零，则电路中的故障是 　　。

（5）某次实验中，电流表示数如图丙所示，该电流表的示数为 　　 $A$ 。

（6）某同学分析实验数据发现在电压一定的情况下，电流与电阻成反比，于是他作出了如图丁所示的 $I-\frac{1}{R}$ 图线，则实验中该同学加在电阻两端的电压为 　　 $V$ 。

利用所学的知识，完成下面的电学试验。

（一 $)$探究电流与电压、电阻关系

（1）小霞连接了如图甲所示的部分实验电路，请用笔画线代替导线，将电源正确接入电路。

（2）连接好电路，用开关试触，发现电压表指针能转到右侧无刻度处，电流表指针几乎不动。故障原因可能是定值电阻发生　　（填“短路”或“断路）。

（3）排除故障后，正确进行实验，测得三组实验数据，如上表所示。分析表中数据，可得出结论：在电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成　　。

试验次数	1	2	3
电压 $U/V$	1.0	2.0	3.0
电流 $I/A$	0.1	0.2	0.3

（4）小霞继续用图甲电路探究电流与电阻的关系。分别接入三个不同阻值的电阻，保持电源电压 $6V$不变，调节滑动变阻器的滑片，保持电压表示数不变，记下电流表示数，绘制了如图乙所示图象并得出结论。

①实验中小霞选取的滑动变阻器是　　（填“ $60\Omega 0.5A$”“ $30\Omega 1.0A$”或“ $20\Omega 1.2A$” $)$。结合所选的滑动变阻器，把三个定值电阻分别接入电路完成实验，电阻两端控制不变的电压最大是　　 $V$。

②把 $5\Omega$和 $20\Omega$的电阻分别接入电路，控制电阻两端的电压不变，先后两次滑动变阻器的电功率之比是　　。

（二 $)$测量额定电流为 $0.5A$小灯泡 $L_1$的额定功率

小霞选用了一只电压表，一个“ $6V3W$”的小灯泡 $L_2$，设计了如图丙所示的实验电路，其中电源电压恒为 $12V$，请完成下面实验步骤：

（1）如图丙所示，图中 $a$、 $b$处虚线框内，分别为电压表或开关 $S_2$，则在 $a$框内应是　　

（2）正确选择元件并连接电路后，闭合开关 $S$、 $S_1$，断开开关 $S_2$，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为　　 $V$．此时小灯泡 $L_1$正常发光。

（3）再闭合开关 $S$、 $S_2$，断开 $S_1$，滑动变阻器滑片的位置不变，读出电压表示数如图丁所示，为　　 $V$。

（4）则小灯泡 $L_1$的额定功率为　　 $W$。

小明要测量定值电阻 $\mathit{Rx}$的阻值（约十几欧）现有器材：电源 $\left(6V\right)$、滑动变阻器、电流表、电压表、开关各一个，导线若干。

（1）他设计并连接了如图甲所示电路。请用笔画线代替导线，将该电路连接完整；

（2）电路连好后，闭合开关前，应将滑动变阻器滑片移至最　　端闭合开关，移动滑片到某一位置，电压表示数如图乙所示，此时 $R_x$两端的电压为　　 $V$。

（3）当小明准备读取电流表示数时，发现两电表示数突然都变为0．他用一条导线检查电路故障，当将该导线两端分别接到 $a$、 $d$接线柱上，发现电流表有示数，电压表示数仍为0；当将该导线两端分别接到 $c$、 $f$接线柱上，发现电压表有示数，电流表示数仍为0；则由此可以判断故障是：　　；

（4）排除故障后继续实验，却不慎将电流表损坏。小明发现桌上有一根标有长度刻度、总长为 $20.0\mathit{cm}$、总阻值为 $10\Omega$的均匀电阻丝，还有一根带有鳄鱼夹的导线（如图丙所示）。查阅资料了解到，均匀电阻丝阻值与长度成正比，经过思考，重新设计了如图丁所示的电路 $(\mathit{AB}$为电阻丝， $C$为鳄鱼夹），继续进行实验。

①根据已知条件判断，电压表量程应选用　　 $V$；

②按照图丁所示电路连接好器材，多次实验测得数据如下表所示

次数	1	2	3
$\mathit{AC}$长度 $\left(\mathit{cm}\right)$	4.0	14.0	20.0
电压表示数 $\left(V\right)$	0.8	2.0	2.4

求出第1次实验时电路中的电流 $I_1=$　　 $A$；利用表中所有数据求出待测电阻 $R_x=$　　 $\Omega$。

如图甲所示，在“测量一个小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为3V。

（1）根据图甲所示的电路图，请用笔画线代替导线，将图乙中的器材连接成完整的电路（要求滑动变阻器滑片P向右移动时阻值变大）；

（2）连接好电路，闭合开关后，发现小灯泡不亮，电压表无示数，电流表有示数，那么出现该状况的可能原因是小灯泡发生 　   　（选填“断路”或“短路”）；

（3）排除故障后，闭合开关，继续进行探究，根据测量数据绘制出通过小灯泡的电流I随它两端电压U变化的图像，如图丙所示，分析可知：小灯泡的额定功率为 　   　W；若电流表的示数如图丁所示，其示数为 　   　A，此时小灯泡的电阻为 　   　Ω；

（4）若实验室电压表损坏，某同学用一个已知阻值为R₀的定值电阻代替电压表，并设计了如图戊所示电路，在电源电压保持不变情况下，也正确地测出了一个额定电流为I_额的小灯泡的额定功率，其实验步骤如下：

①闭合S₁，断开S₂，移动滑动变阻器R的滑片至最左端，记下电流表的示数为I₁；

②闭合S₂，断开S₁，调节滑动变阻器R的滑片使小灯泡正常发光，电流表示数为I_额；

③保持滑动变阻器R的滑片不动，闭合S₁，断开S₂，记下电流表的示数为I₂；

④则小灯泡额定功率的表达式为P_额＝　   　（用I_额、I₁、I₂和R₀等符号表示）

利用所学的知识，完成下面的电学试验。

（一 $)$探究电流与电压、电阻关系

（1）小霞连接了如图甲所示的部分实验电路，请用笔画线代替导线，将电源正确接入电路。

（2）连接好电路，用开关试触，发现电压表指针能转到右侧无刻度处，电流表指针几乎不动。故障原因可能是定值电阻发生　　（填“短路”或“断路）。

（3）排除故障后，正确进行实验，测得三组实验数据，如上表所示。分析表中数据，可得出结论：在电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成　　。

试验次数	1	2	3
电压 $U/V$	1.0	2.0	3.0
电流 $I/A$	0.1	0.2	0.3

（4）小霞继续用图甲电路探究电流与电阻的关系。分别接入三个不同阻值的电阻，保持电源电压 $6V$不变，调节滑动变阻器的滑片，保持电压表示数不变，记下电流表示数，绘制了如图乙所示图象并得出结论。

①实验中小霞选取的滑动变阻器是　　（填“ $60\Omega 0.5A$”“ $30\Omega 1.0A$”或“ $20\Omega 1.2A$” $)$。结合所选的滑动变阻器，把三个定值电阻分别接入电路完成实验，电阻两端控制不变的电压最大是　　 $V$。

②把 $5\Omega$和 $20\Omega$的电阻分别接入电路，控制电阻两端的电压不变，先后两次滑动变阻器的电功率之比是　　。

（二 $)$测量额定电流为 $0.5A$小灯泡 $L_1$的额定功率

小霞选用了一只电压表，一个“ $6V3W$”的小灯泡 $L_2$，设计了如图丙所示的实验电路，其中电源电压恒为 $12V$，请完成下面实验步骤：

（1）如图丙所示，图中 $a$、 $b$处虚线框内，分别为电压表或开关 $S_2$，则在 $a$框内应是　　

（2）正确选择元件并连接电路后，闭合开关 $S$、 $S_1$，断开开关 $S_2$，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为　　 $V$．此时小灯泡 $L_1$正常发光。

（3）再闭合开关 $S$、 $S_2$，断开 $S_1$，滑动变阻器滑片的位置不变，读出电压表示数如图丁所示，为　　 $V$。

（4）则小灯泡 $L_1$的额定功率为　　 $W$。

在如图所示的电路中，闭合开关 $S$ 后，至少有一个电表发生变化，已知电路中只有一处故障，且发生在电阻 $R_1$ 或 $R_2$ 上。请写出两电表的变化情况及其对应的故障。

图甲为测定额定电压为“ $2.5V$”小灯泡电功率的实验电路，电源电压恒为 $3V$不变。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物图连接完整。

（2）闭合开关前，滑片应移到滑动变阻器的最　　端（选填“左”或“右” $)$。

（3）正确连接好电路，闭合开关，发现灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数；移动滑片，发现除了电流表示数改变外，其余均无变化。经检查，电压表完好，则故障可能是小灯泡　　（选填“短路”或“断路” $)$。

（4）排除故障后，移动滑片，实验小组记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙所示的 $I-U$图像，由图像可计算出小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）实验过程中，当电压表示数为 $1V$时，滑动变阻器连入电路的阻值为　　 $\Omega$。

小刚在实验室利用图甲所示的实验装置测量额定电压为 $2.5V$小灯泡的额定功率（电源电压恒定）。实验步骤如下：

（1）开关闭合前，应将滑片移到变阻器的 　　（选填“最左”或“最右” $)$端；

（2）闭合开关，移动变阻器的滑片，电流表有示数，而电压表没有示数，故障的原因可能是小灯泡 　　（选填“短路”或“断路” $)$；

（3）排除故障后，移动变阻器的滑片到某一位置时，电压表的示数为 $1V$，此时应将变阻器的滑片向 　　（选填“左”或“右” $)$滑动，直到电压表的示数为 $2.5V$时为止，此时电流表的示数如图乙所示，则电流值为 　　 $A$，小灯泡的额定功率为 　　 $W$。

（4）根据实验数据绘制的通过小灯泡的电流随其两端电压变化的图像，如图丙所示，该图像不是直线的原因是 　　。实验中小灯泡随着它两端电压的增大而逐渐变亮，是因为小灯泡的亮度是由它的 　　决定的。

（5）小刚又设计了如图丁所示的电路，测出了只标有额定电流为 $0.3A$的小灯泡的额定功率。电源电压恒定，变阻器 $R_1$的最大阻值为 $10\Omega$，实验操作如下：

①闭合 $S_1$，断开 $S_2$，移动变阻器 $R_1$的滑片，使电流表的示数为 $0.3A$；

②闭合 $S_2$，断开 $S_1$，保持变阻器 $R_1$的滑片位置不动，移动变阻器 $R_2$的滑片，使电流表的示数仍为 $0.3A$；

③　　，将变阻器 $R_1$的滑片移到最左端，电流表的示数为 $0.6A$，再将变阻器 $R_1$的滑片移到最右端，电流表的示数为 $0.2A$；

④小灯泡的额定功率为 　　 $W$。

用如图甲所示的电路探究"通过导体的电流与电压的关系"，电源电压为 $3V$ ，定值电阻 $R$ 的阻值为 $10\Omega$ ，滑动变阻器 $R\text{'}$ 的最大阻值为 $20\Omega$ 。

（1）用笔画线代替导线把图乙所示的实物图连接完整，要求滑片 $P$ 向右移动时电流表示数变小。

（2）闭合开关前将滑动变阻器的滑片调至 $B$ 端的目的是 　　。闭合开关，移动滑片，发现电流表无示数，电压表示数接近电源电压。若电路仅有一处故障，故障是 　　。

（3）排除故障后，调节滑动变阻器，记录数据如表。请在图丙所示的坐标纸中把未标出的两个点描出来并画出 $I-U$ 图像。

序号	1	2	3	4	5
电压     $U/V$	1.2	2.0	2.2	2.4	2.8
电流     $I/A$	0.12	0.20	0.22	0.24	0.28

分析图像可得：电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。

（4）若探究"通过导体的电流与电阻的关系"，需要用到阻值为 $5\Omega$ 、 $10\Omega$ 、 $15\Omega$ 、 $20\Omega$ 、 $25\Omega$ 的电阻。将 $10\Omega$ 的电阻换成 $15\Omega$ 后，若保持电压表的示数为 $1.5V$ 不变，应将滑动变阻器的滑片向 　　端移动。换用 $25\Omega$ 的电阻进行实验时，发现无论怎样移动滑片，都无法使电压表的示数达到 $1.5V$ ，原因是滑动变阻器的最大阻值 　　（选填"过大"或"过小" $)$ 。

在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验器材有：电池组 $(3V$不变）、电流表、电压表、小灯泡（额定电压 $2.5V)$、滑动变阻器、开关、导线若干，实物电路如图甲所示。

（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）连接好电路，闭合开关，调节滑动变阻器，发现小灯泡不亮，电压表示数始终为零，电流表示数变化明显。电路故障可能是　　。

（3）排除故障后进行实验，图乙是由实验数据描绘得到的小灯泡的 $I-U$图象，则小灯泡额定功率是　　 $W$．小灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的阻值是　　 $\Omega$。

（4）分析小灯泡的 $I-U$图象，发现小灯泡灯丝的阻值随电压变化而变化，从本质上讲，引起小灯泡灯丝阻值变化的因素是　　。

小明利用图1所示的电路来探究串联电路的部分特点，已知R ₁＝2Ω、R ₂＝4Ω、R ₃＝5Ω、R ₄＝10Ω，电源电压可调。

（1）请根据图1所示电路图用笔画线代替导线将图2所示实物图补充完整。（此时电源电压为3V）

（2）电路连接完成后，闭合开关S，发现电压表、电流表均无示数；小明又将电压表并联在R ₂两端，闭合开关S，发现电压表有示数、电流表无示数。则电路中一定存在的故障是 　 　（选填字母）。

A.R ₁处短路

B.R ₂处断路

C.电流表处短路

（3）排除故障后，继续实验，实验中，小明调节了电源电压，换用了规格不同的电阻，分别将电压表并联在AB、BC和AC两端，收集的数据如表。

		I/A	U AB/V	U BC/V	U AC/V
1	R 1与R 2串联	0.5	1	2	3
2	R 2与R 3串联	0.2	0.8	1	1.8
3	R 3与R 4串联	0.3	1.5	3	4.5
4	R 1与R 4串联		1	5	6

①表格中第4次实验空格处的数据为 　 　。

②探究串联电路中电压的关系时，分析表中数据可得其规律是 　 　。

③探究串联电路中电阻的关系时，分析表中数据可得其规律是 　 　。

④探究串联电路中电压与电阻关系时，分析表中数据可得其关系是 　 　。

【拓展】完成实验后，小红连接了如图3所示电路，已知R _x＞R ₁。调整电源电压，将电压表分别并联在AB、BC和AC两端，电压表指针三次偏转中，其中一次满偏，一次偏转的角度为满偏的三分之二。则所有符合上述情况的R _x的最大值与最小值之比是 　 　。

在“测量小灯泡电功率”的实验中，所用小灯泡上标有“ $2.5V$”字样。

（1）如图甲所示是小军已经连接的部分实验电路，在连接电路时，小军操作上出现的错误是　               　。

（2）请你用笔画线代替导线在答题卡上帮小军将图甲所示的实物电路连接完整。

（3）连接完实验电路，检查无误后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表、电压表的示数都为零。出现这种现象的原因可能是　                   　。

$A$．小灯泡短路

$B$．小灯泡开路

$C$．变阻器短路

$D$．变阻器开路

（4）排除上述故障后，闭合开关，调节滑动变阻器使小灯泡两端电压略高于 $2.5V$，观察小灯泡的亮度并记下电压表、电流表的示数。接下来，将滑动变阻器的滑片向　      　（选填“ $A$”或“ $B$”）端移动，使小灯泡正常发光，观察小灯泡的亮度并记下电压表、电流表的示数。

（5）继续调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压略低于、等于 $2.5V$，观察小灯泡的亮度并记下电压表、电流表的示数。根据这些实验数据画出小灯泡的电流电压 $I-U$关系图象，过此图线上任一点 $M$分别做两坐标轴的平行线如图乙所示，它们与两坐标轴围成的矩形的面积在数值上等于小灯泡此时的　            　。

在“测量小灯泡的功率”的实验中。

（1）小明设计了如图甲所示的电路图。按照电路图，已完成部分实物电路连接（如图乙所示）。根据图乙中的信息，电压表量程应选 $0~$　　 $V$；若开关闭合后，向左移动滑动变阻器滑片 $P$，能使电路中电流变大，应将开关右侧接线柱与滑动变阻器的　　（选填“ $A$”、“ $B$”、“ $C$”或“ $D$” $)$接线柱相连。

（2）正确连接好电路，闭合开关后发现：小灯泡不亮，电流表示数为零，而电压表示数接近电源电压，经检查，电流表是完好的，仅滑动变阻器或小灯泡存在故障，则电路中的故障是　　。排除故障后，闭合开关，仍发现小灯泡不亮，电流表指针偏转很小，要使该小灯泡发光只需　　

（3）观察小灯泡在不同电压下的亮度，读出电压表，电流表示数，实验记录见表：

实验序号	电压 $U/V$	电流 $I/A$	小灯泡亮度	实际功率 $P/W$
1	2	0.18	偏暗	0.36
2	2.5	0.2	正常发光	0.5
3	3		偏亮

①由表格可知：该小灯泡额定电压为　　 $V$。

②当小灯泡两端电压为 $3V$时，小灯泡偏亮，小明担心灯丝会烧断，于是立即断开开关，未读取电流表示数。同组的小华观察到当时电流表指针的位置如图丙所示，则通过小灯泡的电流为　　 $A$，小灯泡的实际功率为　　 $W$。

（4）本实验电路除了能测出小灯泡的功率，小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值，小华认为还能探究电流与电压的关系，你认为　　同学的观点是错误的，理由是：