初中物理伏安法测电阻的探究实验实验题

某实验小组设计了图甲所示的电路，测量一个阻值约为 $100\Omega$的电阻 $R_x$的阻值，实验室中提供的器材有：两节完全相同的旧干电池，两个开关 $S_1$、 $S_2$，导线若干。另外还有可供选择的器材：

$A$．电压表 $V_1$（量程 $0~3V)B$．电压表 $V_2$（量程 $0~15V)$

$C$．定值电阻 $R_1$（阻值 $5\Omega )D$．定值电阻 $R_2$（阻值 $160\Omega )$

（1）为了准确测出 $R_x$的阻值，实验时，在图甲中的电压表应选用　        　，定值电阻 $R$应选用　       　。（均填字母序号）

（2）将实验器材按照电路图连接好电路，先闭合　       　，电压表示数如图乙所示，是　        　 $V$，再闭合　         　，电压表的示数为 $2.8V$。

（3）根据实验的数据，可计算出 $R_x=$　         　 $\Omega$

（4）实验中使用的干电池每节电压是　         　 $V$。

用如图甲所示的实验装置来测量电阻 $R$的电阻值，请你完成下列各题。

（1）用笔画线代替导线，将图甲中的电路连接成正确的测量电路。

（2）电路中的滑动变阻器对电路起保护作用，因此开关闭合前，其滑片应移到最　   　（选填“左”或“右”），实验过程中滑动变阻器还有另一作用，是　            　。

（3）如果电路中的电流表、电压表的示数如图乙所示，可知电流表的示数为　     　 $A$，电压表的示数为　     　 $V$，则被测量电阻 $R$的阻值为　      　 $\Omega$，电阻 $R$消耗的电功率是　     　 $W$。

小科同学用如图甲电路测导体电阻 $R_x:$

（1）请用笔画线代替两根导线，将电路连接完整（导线不能交叉）；

（2）规范连接电路后闭合开关，调节滑动变阻器进行多次测量，并记录数据如表，请根据图乙把表中所缺数据填写完整。

实验序号	电压 $/V$	电流 $/A$
1	1.5	0.16
2	2.0
3	2.5	0.24

（3）小科同学根据上表求出电压的平均值和电流的平均值，再运用欧姆定律求出电阻的平均值。请判断该方法是否可行，并说明理由。　　。

拓展性学习小组的同学合作进行探究“串联电路的电压特点”，设计了图Ⅰ电路，并连接了图Ⅱ电路。

（1）图Ⅱ的实验电路连接中有一处错误，无法完成试验，连接错误的导线是 　 （填“ $a$”、“ $b$”或“ $c$” $)$。

（2）正确连接后，继续实验，根据测得的实验数据，绘制了如图Ⅲ所示的曲线图。

①图Ⅲ中甲、乙两条曲线是根据图Ⅰ电路测得的实验数据所绘制的曲线，其中与图Ⅰ电路中电压表 $V_1$对应的曲线是　　（填“甲”或“乙” $)$。

②已知电源电压恒为 $6V$，根据探究目的分析图Ⅲ中的曲线，得出的实验结论是　　。

（3）拓展探究：同学们根据串联电路的电压特点，重新设计如图Ⅳ电路（电源电压未知），利用电压表和定值电阻 $R_0$（已知阻值）测量未知定值电阻 $R_x$的阻值，闭合开关 $S$后，接下来的操作是　　（只需写出操作过程和测量的科学量，不需写出表达式）。

小红和小云各自做“测量电阻的阻值”实验，她们使用的实验器材完好无损，各自的读数也很准确，她们测量的三组数据分别记录在下表中。

表一（小红）
实验序号	电压 $U/V$	电流 $I/A$	电阻 $R/\Omega$
1	1.5	0.46
2	2	0.4
3	2.5	0.36

表二（小云）
实验序号	电压 $U/V$	电流 $I/A$	电阻 $R/\Omega$
1	1.5	0.32
2	2	0.4
3	2.5	0.52

老师看了这两个数据表后，指出其中一位同学的实验电路接错了。

（1）分析表一、表二可知，　　同学的电路接错了，理由是　　。

（2）请画出该同学的错误电路图。

（3）实验电路正确的同学测量的电阻平均值是　　 $\Omega$（精确到 $0.1\Omega )$。

图甲是利用电流表、电压表测量电阻的实验原理图。图乙是小红连接的实物实验电路图。

（1）依照小红连接的电路，闭合开关，滑动变阻器的滑片向左端移动，请写出你观察到的实验现象。

（2）请你在图乙中只改动一根导线连接，使电路正常工作（用“ $\times$”标出改动导线，以笔划线代替导线，画出改接导线）。

（3）电路改接正确后，调节滑动变阻器的滑片到某位置时，电压表和电流表的示数如图丙、丁所示，此时被测出 $R_x$的阻值为多少？

回归实验和探究（请将下列实验报告中的空缺部分填写完整） $:$

（1）用伏安法测量小灯泡的电阻：

装置	小雨连接了如图所示的实验电路，其中有一处错误，请在错误的导线上打“ $\times$”，并重新画一根正确连接的导线。
图象	请根据表中的数据，画出小灯泡的 $I-U$图象。 次数 $U/V$ $I/A$ $R/\Omega$ 1 1.0 0.18 5.6 2 2.0 0.24 8.3 3 3.0 0.26 11.5
方法	用电压表和电流表测量电阻，运用的科学方法是　　法。
问题讨论	将实验中的小灯泡换成定值电阻，为了减小误差，应多次测量电压及电流的值，算出电阻，最后求出电阻的　　。

（2）探究电磁感应现象：

方法	小雨由电流的磁效应联想到：“既然电能生磁”，那么“磁能否生电”？小雨提出问题时运用的科学方法是　　法。
结论	闭合电路的一部分导体在磁场中做　　运动时，导体中就产生感应电流。在此过程中　　能转化为电能。
问题讨论	把上述实验中灵敏电流计换成电源，发现通电导线在磁场中运动，据此制成了　　。

小明利用“伏安法”测额定电压为 $2.5V$的小灯泡的灯丝电阻，他设计的实验电路图如图甲所示。

（1）请用笔画线代替导线将图乙中的实物连接完整（滑片 $P$向 $B$端滑动时灯泡变亮）

（2）闭合开关后，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，电路故障可能是　　；

（3）排除电路故障后，小明实验过程中记录的数据如表所示，其中第2次实验时的电流表如图丙所示，则通过小灯泡的电流为　　 $A$；

实验次数	1	2	3	4
$U/V$	1.4	2.0	2.5	2.8
$I/A$	0.20		0.26	0.27
$R/\Omega$

（4）小明分别求出不同电压下小灯泡的电阻，然后求出电阻的平均值，他的这种做法　　（填“合理”或“不合理” $)$

（5）通过实验数据可知，该小灯泡的额定功率为　　 $W$；

（6）小明　　（填“能”或“不能” $)$用本实验器材探究电流与电压的关系。

小军在老师指导下，用“伏安法”测量一只小灯泡的电阻，他连接了如图所示的部分实验电路。

（1）请你用笔画线代替导线，在答题纸上连接完成小军的实验电路。

（2）小军连接完电路，检查无误后，应将滑动变阻器的滑片滑至　　（填“ $A$”或“ $B$” $)$端，然后再关闭开关。

（3）小军通过改变小灯泡两端的电压，进行了3次测量，数据记录及算出的小灯泡的电阻值如下表：

实验次数	电压 $/V$	电流 $/A$	电阻 $/\Omega$
1	1.0	0.14	7.1
2	1.8	0.23	7.8
3	2.5	0.30	8.3

老师看了小军的数据记录，问小军：“你发现三次测量的电阻值相差较大了吗？小军与其他同学交流，发现其他小组也都有类似现象：小灯泡电阻的测量值随电压增大、亮度增强而增大，结合小灯泡发热发光的特殊性，小军突然意识到小灯泡的电阻可能与　　有关，并通过教科书相关部分“信息窗”栏目得到了证实。

（4）小民则认为，实验肯定会有误差，为什么不说是测量误差造成的呢？通过小军的讲解，他终于明白了小军的实验结果不能单纯用测量误差来解释的原因，如果是测量误差的原因，电阻的多次测量值会表现出　　的特点。

物理兴趣小组在做“测量小灯泡的电阻”实验时，准备了以下器材：小灯泡（额定电压为 $2.5V)$、电流表 $(0~0.6A,0~3A)$、电压表 $(0~3V,0~15V)$、开关、两节干电池、滑动变阻器、导线若干。如图甲为该小组连接的实物图。

（1）请指出实物图连接的两处错误。

①　　②　　

（2）正确连接电路后，闭合开关，当滑动变阻器的滑片置于某位置时，电流表和电压表的示数如图乙、丙所示，电流表示数为　　 $A$，则小灯泡电阻为　　 $\Omega$．（计算结果保留一位小数）

（3）改变滑动变阻器滑片的位置，记录下不同时刻的电压值和电流值，并计算出小灯泡在不同电压下的电阻值，数据处理表格如下所示，其中有一处是不恰当的，这一处是　　，原因是　　。

实验次数	电压 $/V$	电流 $/A$	电阻 $/\Omega$	平均电阻 $/\Omega$
1	1.0	0.17	5.9	7.7
2	1.4	0.18	7.8
3	1.8	0.22	8.2
4	2.0	0.23	8.7

（4）该小组又利用这个电路测量小灯泡的额定功率，应调节滑动变阻器滑片使电压表示数为　　 $V$，若此时电流表示数为 $0.25A$，则小灯泡的额定功率为　　 $W$。

实验室购买了一卷标有长度为 $100m$的铜芯漆包线，小科想通过实验测定其实际长度。他首先测得导线横截面积 $S$为 $1m{m}^2$，查阅资料得知现温度下这种导线每米的电阻值为 $0.017\Omega$。

（1）利用图甲所示的实物图测出铜导线的电阻。

①实验中，小科在闭合开关前应将滑片 $P$置于最　　端。（填“左”或“右” $)$。

②小科通过移动滑片 $P$，测得多组数据，绘制成 $U-I$图象如图乙，据此可以判定这卷导线的实际长度　　 $100m$。（填“大于”、“等于”或“小于” $)$

（2）小思认为用电子秤测出这卷导线的质量 $m$，利用铜的密度 $\rho$也可以算出实际长度。请你写出这卷导线实际长度 $L$的计算式： $L=$　　（用字母表示）。

小科按照实验要求，设计测量未知定值电阻 $R_x$阻值（范围为 $400~600\Omega )$的实验。

器材：干电池两节（总电压为 $2~3V)$，电压表（量程 $0~3V$、 $0~15V)$、电流表（量程 $0~0.6A$、 $0~3A)$、滑动变阻器 $(500\Omega 0.5A)$各一个，开关、导线若干。

（1）要求一：测算出 $R_x$，且实验过程中不能拆接电路。

小科设计实验电路如图甲。请分析：

①     小科在设计实验前通过估算发现，用所提供的电流表无法测量出电路中的电流，其原因是　               

②实验时，先将变阻器滑片 $P$移到某一位置 $a$处，读出电压表示数为 $U_1$， $U_1$即为电源电压；再将变阻器滑片 $P$移到另一位置 $b$处，读出电压表示数为 $U_2$，则 $U_1-U_2$就是此时滑动变阻器两端的电压。根据相关数据计算 $R_x$的阻值。实验中滑片 $P$所在的 $a$、 $b$处分别对应的位置是：　　。

（2）要求二：增加一个电学器材实现 $R_x$阻值的直接读取，且电路只能连接一次。

小科增加了一个阻值可连续调节且可读数的变阻器 $Y$，重新设计了图乙电路。实验步骤如下：

①先闭合开关 $S$、 $S_1$，调节滑动变阻器使电压表示数为 $2V$；

②再断开开关 $S_1$，闭合开关 $S_2$，　　，读取此时 $Y$的数值。 $Y$的示数即为 $R_x$的阻值。

科学兴趣小组的同学利用学过的知识，测量定值电阻 $R_x$的阻值。

（1）同学们利用电路甲测量 $R_x$的阻值，测量数据和结果如下表一：

实验次数	电压 $U$（伏 $)$	电流 $I$（毫安）	电阻 $R$（欧 $)$
1	2.0	2.30	870
2	2.5	2.90	862
3	4.0	4.70	851

根据表格中的数据可求得该电阻的阻值是　。

（2）同学们发现该电阻的标定阻值为1000欧，为什么测量值与标定值之间有较大偏差？他们查资料寻找原因，发现平时认为电阻为零的电流表和电阻无穷大的电压表实际上都有一定的内阻，只是电压表的内阻比较大，电流表的内阻比较小，但都会对测量结果产生影响。然后，同学们找来他们使用的电流表和电压表的说明书，说明书显示：

电压表：量程 $0~6$伏，内阻6000欧

电流表：量程 $0~10$毫安，内阻40欧

根据这些信息，可判断甲电路中由于　　 $($ “电流表”或“电压表” $)$内阻的影响，使测量结果产生较大偏差。

（3）小组同学经过思考，改成电路乙进行实验，测量数据和结果如下表：

实验次数	电压 $U$（伏 $)$	电流 $I$（毫安）	电阻 $R$（欧 $)$
1	2.0	1.92	1042
2	2.5	2.45	1020
3	4.0	3.75	1067

比较两次测量结果，同学们做出了以下分析，你认为正确的是　　。

$A$．测量该定值电阻选择电路乙更合适

$B$．用电压表和电流表测量得到的电阻阻值都会偏大或偏小

$C$．选择合适的电路，测得的电阻值偏差会减小，更接近真实值

（4）拓展应用根据以上的探究，如果需要测量阻值约20欧的小阻值电阻时，选用了合适量程的电压表和电流表后，为了使测量结果更精确，应选择甲和乙中的哪一电路？并说明理由。　　

小明测量未知电阻R_x的阻值，已知电源电压为6V且保持不变。

（1）请用笔画线代替导线，将图中实物图补充完整（导线不允许交叉），要求滑动变阻器的滑片P向右移动时电流表的示数变大；

（2）正确连接电路后，小明闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，故障的原因可能是电阻R_x　     　（填“短路”或“断路”）。

（3）排除故障后，小明闭合开关，调节滑动变阻器，测量了三组电压值和对应的电流值，根据每组电压及电流的值，算出每组电阻R_x的阻值，要想得到最终的测量结果，他接下来的做法是　                         　。

（4）实验结束后，小明和同组的小刚想测量小灯泡的额定功率，他们将定值电阻换成额定电压为3.8V，电阻大约为10Ω的小灯泡，实验中他们发现电压表0～15V量程损坏，他们关于实验方案展开了讨论。

小刚：将图中的电阻R_x换成小灯泡后，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压为2V，读出电流表的示数，计算出小灯泡的电阻后，利用公式 $P=\frac{U_{额}{}^{\text{2}}}{R}$计算出小灯泡的额定功率。

小明：应该将电压表并联在滑动变阻器的两端，调节滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为　    　V时，小灯泡两端的电压为额定电压，读出此时电流表的示数，计算出小灯泡的额定功率。

①请你将小明的方案补充完整；

②小刚和小明用各自的方法进行了测量和计算，发现测量结果相差较大，这是什么原因呢？

求助老师后，老师提醒他们，导体的电阻受温度的影响，于是他们利用小刚的实验电路，让小灯泡两端的电压逐次下调，使灯丝的温度不断降低，灯泡变暗直至完全不发光，测得小灯泡的电阻逐渐变小，于是他们明白了，由于灯丝的电阻随温度降低发生变化，导致小刚的测量结果比小明的测量结果　     　（填“大”或“小”）。

在“探究电流与电阻的关系”的实验中：

（1）如图所示是小明连接的实物图，经仔细检查后发现电路中有一根导线连接错误，请在途中连接错误的那根导线上画“×”，并用笔画线代替导线将电路连接正确（导线不可交叉）

（2）解决以上问题后，小明在开关闭合前，先将变阻器的滑片P置于　      　（选填“A”或“B”）端，再闭合开关，此时发现电流表有示数，电压表无示数。随后在将滑片P向终点移动的过程中，发现电流表示数变大，电压表无示数，则发生此现象的原因可能是　         　（填字母）

A．电阻R短路       B．电流表短路

C．电压表断路      D．滑动变阻器断路

（3）电路连接正确后，小明闭合开关调节变阻器的滑片P，直到电压表的示数为3V，记录电流表示数。接下来断开开关，只取下阻值为5Ω的电阻R，把它依次更换成阻值为10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻，并在实验中分别读取相应的电流表的示数，记录在表中。

试验次数	1	2	3	4	5
电流I/A	0.6	0.4	0.3	0.24	0.2
电阻R/Ω	5	10	15	20	25

（4）在评估交流环节中，小明通过分析表中数据发现上述实验过程并不科学，因为在改变电阻的同时，没有控制　              　不变。