北京市私立君谊中学物理第十四章 欧姆定律专题练习解析版.docx
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北京市私立君谊中学物理第十四章欧姆定律专题练习解析版
北京市私立君谊中学物理第十四章欧姆定律专题练习(解析版)
一、初三物理第十四章欧姆定律易错压轴题提优(难)
1.小明对“篮球在空气中是否受受到浮力”进行探究,由此进行一系列的思考与实验,并最终设计出可直接测量空气密度的简易“空气密度仪”。
(1)如图甲,将一个带阀门的篮球放在天平的托盘上,阀门连接未充气的气球,且处于关闭状态。
加砝码使天平平衡。
打开阀门,气球变大(假设篮球体积不变),天平指针向______偏转。
指针偏转的原因是__________________________________________。
(2)为测量篮球受到浮力大小,小明设计了如图乙所示的电路。
电路中电源电压U为6V,R是力敏电阻,其阻值与所受压力F压的关系如图丙所示。
当左盘中篮球未给气球充气时,电流表示数为0.2A,此时压敏电阻R大小为20Ω;当篮球给气球充气到体积为篮球2倍时(篮球体积不变),电流表示数为0.15A,力敏电阻R所受压力FB与篮球对左侧托盘的压力FA的关系如图丁所示,则定值电阻R0阻值为______Ω,篮球所受浮力为______N。
(3)图乙中篮球与气球内气体的总质量保持不变,并控制气球体积为篮球的2倍,在电压表指针所指的刻度盘上标上对应的空气密度值,就制成了一台测量当地空气密度的“空气密度仪”。
若用此装置测量大于1.29kg/m3的空气密度,指针大概应在______(A/B)处。
【答案】右气球受到浮力变大100.09
A
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1][2]打开阀门,气球变大,根据阿基米德原理,气球受到的浮力变大,蓝球对托盘的压力变小了,故天平指针向右偏转。
(2)[3]压敏电阻R与定值电阻R0串联,电流表测量电路的电流,电压表测定值电阻的电压,当左盘中篮球未给气球充气时,电流表示数为0.2A,根据串联电路的规律及欧姆定律
[4]由图丙知此时
F1B=309N
当篮球给气球充气到体积为篮球的2倍时(篮球体积不变),电流表示数为0.15A,根据串联电路的规律及欧姆定律
由图丙知此时
F2B=300N
由图丁知
FB=50FA
故
托盘A所受压力的变化量
FA=
−
=0.18N
篮球给气球充气到体积为篮球的2倍,由阿基米德原理,即篮球所受的浮力为
F浮=
×0.18N=0.09N
(3)[5]气球体积为篮球的2倍,即气球的体积不变,现用此装置测量大于1.29kg/m3的空气密度,根据阿基米德原理,气球受到的浮力变大,篮球对托盘的压力变小,力敏电阻R所受压力FB也变小,可知压敏电阻变大,根据串联电阻的规律,电路的总电阻变大,由欧姆定律,电路的电流变小,根据U=IR,定值电阻的电压变小,即电压表示数变小,故用此装置测量大于1.29kg/m3的空气密度,指针应在电压表盘1.29刻度线的左侧,即A处。
2.有一只阻值未知的定值电阻Rx和一只标有“2.5V”的小灯泡L:
(1)图甲是用伏安法测定值电阻Rx阻值的实物电路。
电源电压恒为3V,滑动变阻器R1的最大阻值为10Ω:
①请用笔画线代替导线将图甲的实验电路补充完整;
(________)
②电路正确连接闭合开关后,发现仅有一只电表指针明显偏转,造成该现象的原因可能是_____;
A.R1断路B.Rx断路C.开关短路D.Rx短路
③故障排除后,移动滑动变阻器滑片P,当电压表示数为1.2V时,电流表示数如图乙所示,则待测电阻Rx=_____Ω;
④现有以下三组数据,分析可知,不可能通过以上实验获得的数据有_____(填序号);
实验序号
电压U/V
电流I/A
1
0.8
0.2
2
1.6
0.4
3
2.4
0.6
(2)小华利用如图丙所示电路,巧测出小灯泡L的额定功率。
两只滑动变阻器R1和R2的最大阻值分别为10Ω和20Ω,电源电压恒定。
请完成实验步骤:
①闭合开关S、S2,断开S1,______,调节滑动变阻器R2的滑片P,使电压表的示数为2.5V;
②断开开关S2,闭合S、S1,调节________的滑片P,使电压表的示数仍为2.5V;
③保持滑动变阻器R1的滑片P不动,将滑动变阻器R2的滑片P移到最左端,读出电压表的示数为2.7V,再将R2的滑片P移到最右端,读出电压表的示数0.9V;
④小灯泡的额定功率为_____W。
【答案】
BD41滑动变阻器R1滑片移至最左端滑动变阻器R10.625
【解析】
【分析】
【详解】
(1)①[1]滑动变阻器R1与Rx串联接入电路中,因为已经将右端的上接线柱接入了电路中,要使滑动变阻器能保护电路,必须将一个下接线柱接入电路中,比如左下接线柱;因为电源电压恒为3V,电压表测Rx两端电压,要与Rx并联,并选择0~3V的小量程。
如图所示:
②[2]A.若R1断路,整个电路断路,两表都没有示数,故A不符合题意;
B.若Rx断路,电流表无示数,电压表串联在电路中测电源电压,有示数,故B符合题意;
C.若开关短路,等同于开关闭合,两个电表均有示数,故C不符合题意;
D.若Rx短路,电流表有示数,电压表相当于接在导线两端,无示数,故D符合题意。
故选BD。
③[3]故障排除后,移动滑片P,当电压表示数为1.2V时,电流表示数如图乙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流为0.3A,由欧姆定律,则待测电阻
④[4]根据电阻的串联和欧姆定律,电路的最小电流为
即不可能通过以上实验获得的数据有1。
(2)①[5]要测出小灯泡额定电功率的原理是P=UI,已经灯泡的额定电压是2.5V,所以要测出小灯泡的额定电流,再通过计算可以得到小灯泡额定电功率。
因此闭合开关S、S2,断开S1,滑动变阻器R1滑片移至最左端,使R1接入电路中电阻为0,调节滑动变阻器R2的滑片P,使电压表的示数为2.5V,即达到小灯泡的额定电压。
②[6]断开开关S2,闭合S、S1,调节滑动变阻器R1的滑片P,使电压表的示数仍为2.5V,使得通过R1、Rx的电流等于小灯泡的额定电流。
④[7]由③保持滑动变阻器R1的滑片P不动,将滑动变阻器R2的滑片P移到最左端,此时R2接入电路中的电阻为0,R1Rx串联,电压表测得路端电压为2.7V;再将R2的滑片P移到最右端,此时R2全部接入电路,R1RxR2串联,电压表测得R1Rx两端电压0.9V,所以R2两端电压为
根据串联电路的特点
带入数据
解得此时R1接入电路中的电阻为
所以当R1Rx两端电压为2.5V时,电路中的电流
小灯泡额定电流也为0.25A,所以小灯泡的额定电功率
3.有一只阻值未知的定值电阻Rx。
图甲是用伏安法测Rx阻值的实物电路,电源电压恒为3V,滑动变阻器最大阻值为10Ω:
U/V
I/A
R/Ω
1
0.8
0.2
2
1.6
0.4
3
2.0
0.5
(1)甲图中有一根导线连接错误,请在该导线上画“×”并在图上改正(所画的导线用实线且不能交叉);
(_____________)
(2)改正电路后,闭合开关,发现无论怎样移动滑动变阻器滑片,两电表均无示数,其原因可能是______(填字母);
A.滑动变阻器断路B.Rx断路C.Rx短路
(3)故障排除后,正确操作实验器材,移动滑片,当电压表示数为1.2V时,电流表示数如图乙所示,则待测电阻Rx=____________Ω;
(4)实验小组测了三组数据(如上表),进行多次实验的目的是____________;分析表中数据可知,不可能通过以上实验获得的数据是____________(填序号)。
原因是________________;
[拓展]小明认为,实际中电流表和电压表都有内阻,若考虑电表的内阻,利用甲图改正后的电路测量电阻时,如果电压表和电流表的读数分别为U和I,而它们自身电阻分别为Rv和RA,则Rx更准确的表达式为__________。
【答案】
A4取平均值减小误差1电压表示数为0.8V时,滑动变阻器连入的电阻大于滑动变阻器的最大阻值
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]用伏安法测Rx阻值的大小,需要知道Rx两端的电压大小,流过Rx的电流大小;从图甲可以看到,可以把电阻Rx左端与电流表的接线改成电阻Rx左端与开关S右端相连,这时电流从电源正极流出,流过电流表、滑动变阻器、电阻Rx,再流过开关S,最后回负极,电压表并联在电阻Rx的两端;根据上述修改实物图,如下图所示。
(2)[2]A.假设滑动变阻器断路,那么整个电路都没有电流,电流表没有示数,电压表也没有示数,这与题中的条件相符合,所以可能是滑动变阻器断路,选项A符合题意;
B.假设Rx断路,那么电路中没有电流,电流表没有示数,电压表测的是电源电压,有示数,这与题中的条件不符合,所以不可能是Rx断路,B项不合题意;
C.假设Rx短路,那么电路中有电流流过,电流表会有示数,电压表没有示数,这与题中的条件不符合,所以不可能是Rx短路,C项不合题意。
故选A。
(3)[3]从图乙可以看到,电流表的量程是0~0.6A,分度值是0.02A,它的读数是0.3A,根据
可知,待测电阻Rx的大小是
待测电阻Rx的大小是
。
(4)[4]因为实验过程中会存在误差,进行多次实验的目的是取平均值减小误差。
[5][6]不可能通过以上实验获得的数据是实验序号1;因为当电压表的示数是0.8V时,这时变阻器两端的电压是
流过变阻器的电流大小是
,这时变阻器的电阻大小是
而变阻器的最大阻值是10Ω,
与实际不符合,所以电压表的示数不可能是0.8V,不可能通过以上实验获得的数据是实验序号1。
[7]根据欧姆定律可知,流过电压表的电流是
,根据并联电路的电流规律可知,流过Rx的电流大小是
根据
可知,Rx的阻值是
Rx的阻值是
。
4.某小组同学准备探究“通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验器材有:
干电池2节,滑动变阻器(20Ω,1A)、电流表、电压表、开关各一个,不同阻值的定值电阻及导线若干,图甲是他们连接的实验电路。
(1)闭合开关前,将滑动变阻器的滑片P移到B端这样操作的目的是为了_____
(2)闭合开关后,他们移动滑动变阻器的滑片至某一位置,电压表示数为0.7V,电流表示数如图乙所示,接着继续探究,把所测数据填在了下表中
实验次数
1
2
3
4
5
电压U/V
0.7
1
1.1
1.5
1.7
电流I/A
0.18
0.20
0.26
0.30
①图乙中电流的示数为_____A。
②图丙是以电流I为纵坐标、电压U为横坐标建立的平面直角坐标系,请根据他们所测数据、在坐标系中描点,画出I﹣U图象,并标标记为a。
(________)
(3)图丙中b、c、d三条I﹣U图象,是其他组同学选择5Ω、10Ω和20Ω的定值电阻,按图甲电路测量数据所画。
①单独分析图丙中每条I﹣U图象,可以得到的结论是_____。
②该小组同学发现,分析图丙中的I﹣U图象,还能得到:
“当导体两端电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比”这一规律。
请写出分析方法:
_____。
③验证②中的规律,该小组的同学选择了5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻,准备分别接入图甲电路,测量电流进行探究,有同学提议:
既然探究时需要保持电阻两端电压不变,图甲中可以不用连接滑动变阻器和电压表。
他们按照提议分别将三只电阻由小到大接入电路,闭合开关后,读出电流表示数分别为0.42A,0.24A,0.13A,发现无法验证②中的规律。
于是他们计划仍按图甲进行探究,分析测量数据后,选定准备加在电阻两端的电压值U.为确保完成验证,则这个电压值U的范围为_____。
A.1.5V<U≤3VB.1.3V<U<2.1VC.1.3V<U≤2.6VD.2.1V<U<2.6V
【答案】保护电路;0.12
电阻一定时,电流与电压成正比见解析B
【解析】
【详解】
(1)[1]为保护电路,闭合开关前,滑片必须处于最大阻值处,即应将滑动变阻器的滑片P移到B端;
(2)①[2]图乙中电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流表的示数为0.12A;
②[3]图丙是以电流I为纵坐标、电压U为横坐标建立的平面直角坐标系,根据他们所测数据、在坐标系中描点,画出I−U图象,并标记为a,如下所示:
(3)①[4]单独分析图丙中每条I−U图象,因为过原点的直线,故可以得到的结论是电阻一定时,电流与电压成正比;
②[5]由上图知,当电压为0.8V时,对应的电流大小约为0.032A、0.066A、0.13A,结合电阻大小分别为20Ω、10Ω、5Ω,考虑到误差因素,电流与对应的电阻之积为一定值,故还能得到:
当导体两端电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比”这一规律;分析方法采用了控制变量法;
③[6]根据欧姆定律I=
有U=IR,3次实验中电阻的电压分别为2.1V、2.4V、2.6V,都小于电源电压3V,是因为电源有内阻的原因;设电源本身的电压为E,对外(R与R'串联)提供的电压为U,根据电阻的串联和欧姆定律可得,电路中的电流:
I=
,
由欧姆定律,R与R'获得的电压为:
U=I(R+R′)=
×(R+R′),
故有:
=
=
+
=
+
×
,
由数学知识得,对外提供的电压U的倒数与串联电阻(电源内阻r之外的电阻)的倒数为一次函数的关系,即为:
=k
+b,
根据该小组的同学选择了5Ω、10Ω的定值电阻,电源内阻r之外的电阻获得的电压分别为2.1V、2.4V,将已知量代入上式:
=k×
+b,
=k×
+b,
解方程组得:
k=
,b=
,故这个一次函数关系式为:
=
×
+
,
他们计划仍按图甲进行探究,因要控制当电阻的电压值U为一定值,根据串联电路电压的规律,变阻器分的电压也为一定值,由分压原理,定值电阻和变阻器分得的电压之比为一定值,故当电阻为20Ω时,变阻器连入电路中的电阻最大为20Ω,此时的总电阻为40Ω,代入这个关系式:
=
×
+
,
解得:
U=2.6V。
变阻器与电阻的电阻相等,根据分压原理,故电压表示数为1.3V;
当电阻最小为5Ω时,电路中的电流最大,变阻器连入电路中的电阻最小,此时电压表有最大值,当变阻器电阻连入电路中的电阻为0时,将5Ω代入这个关系式:
=
×
+
,
故:
U=2.1V。
综上,他们计划仍按图甲进行探究,分析测量数据后,选定准备加在电阻两端的电压值U,为确保完成验证,则这个电压值U的范围为:
1.3V
故选B。
5.如图(a)是学校实验室型号相同的电子温度计,有几个已经损坏.小明想探究是否是“测温头”(“测温头”就是一个热敏电阻)损坏.
(一)他将损坏电子温度计的“测温头”拆下,用如图(b)所示的电路进行测量.
(1)请根据图(b)的电路图,将图(c)的实物电路连接完整.
(______)
(2)小明将一个“测温头”接入电路,闭合开关,发现电流表和电压表的示数如图(d)所示,此测温头内部可能___________(断路/短路).
(3)将其余“测温头”接入电路时,电流表、电压表的示数均如图(e)所示.小明猜想:
①这些“测温头”内部__________(断路/短路);
②这些“测温头”的阻值都很__________(大/小).小明将一个好的电子温度的“测温头”拆下,接入图(b)的电路中进行测量.结果电流表、电压表的示数仍如图(e)所示.由此验证了猜想②也是正确的.
(二)小明调整了实验方案,利用微安表重新实验.
(1)如图(f)所示是小明重新设计的实验装置,他记录了各“测温头”的多组“温度—电流”数据.在加热过程中,电压表的示数始终为1.5V不变,某温度时微安表的示数如图(g)所示,此时电流大小为__________μA,热敏电阻的阻值为__________Ω.
(2)图(h)是小明根据实验数据绘制的三个“测温头”的“温度—电流”图像.由图像可知,灵敏度最高“测温头”是__________,其阻值随温度的升高而__________(增大减小).
【答案】
短路断路大15010000A减小
【解析】
【详解】
(一)
(1)根据电路图连接实物图,电流从电源正极出发,依次流经开关、滑动变阻器、电流表、测温头回到电源负极,同时注意滑动变阻器应接在B处以满足滑片P向右滑时接入电路阻值变小,同时电流表选择0~0.6A、电压表选择0~3V的量程(并联在测温头两端),注意正极流入负极流出,具体连接情况如下:
(2)从图(d)中可以看出,电流表有示数,即代表电路中有电流经过,电路是通路,并且电压表示数为0,说明测温头没有断路而是处于短路状态;
(3)将其余“测温头”接入电路时,电流表、电压表的示数均如图(e)所示,电流表示数为0,说明电路中无电流通过,且电压表示数为3V,有两种可能:
①可能这些“测温头”内部处于断路,所以电路中无电流通过,且此时电压表测量电源电压;②可能这些“测温头”的阻值很大,电路中电流非常微弱,所以电流表示数几乎为0,“测温头”由于阻值过大,分压增多,其两端几乎等于电源电压3V。
(二)
(1)观察微安表(g)可知,其量程为400uA,分度值为10uA,表中示数为150uA,根据欧姆定律可知热敏电阻的阻值为:
;
(2)观察图像(h)可知,A、B、C三个“测温头”,大的趋势均是随温度升高电流增大,且A“测温头”随温度升高电流增大最为明显(C次之,B几乎无变化),所以灵敏度最高的“测温头”是A。
6.小红按图甲所示的电路探究电流跟电压的关系.
(1)根据图甲,将图乙中的实物电路连接完整_______.(要求变阻器滑片向右移动时,电流表的示数变小)
(2)正确连接电路后,闭合开关.
①若发现电流表和电压表的示数都很大,这说明小华在实验操作上存在的问题是_________;
②若电压表示数约为3V,但无论怎样移动变阻器滑片,电流表示数始终为0,则电路中出现的故障可能是___________________;
(3)排除故障后,调节变阻器的滑片,测出通过电阻R的电流值和对应的电压值如下表,分析表中的数据可得出的结论是:
________________________________;
(4)为了使上述实验结论更具有普遍性,你认为还应进行下列的哪一项操作?
答:
_____________________.
A.换用电压不同的电源再做实验
B.换用阻值不同的电阻再做实验
【答案】
滑动变阻器的阻值没有在最大值处电阻断路电阻一定时,电流与电压成正比B
【解析】
【分析】
滑动变阻器与定值电阻串联,滑片向右移,电路中的电阻变大,电流减小,故滑动变阻器应将左半段接入电路中;电流表示数为零说明电路断路,电压表有示数说明电压表和电源连接的部分电路正常;物理实验中,使结论更具普遍性的方法是多做几次实验.
【详解】
(1)①滑动变阻器与定值电阻串联,当变阻器滑片向右移动时,电流表的示数变小,即滑片向右移动时电阻变大,又上面已接D,故下面接A;
②电源使用两节干电池,故电压表选用0∼3V量程,与定值电阻并联;
如图所示:
(2)①为保护电路,在连接电路时,开关应当处于断开状态;闭合开关前滑动变阻器应处于最大阻值状态,而本题中电流表和电压表的示数都很大,说明滑动变阻器的阻值没有在最大值处;
②电流表的示数为零说明电路中有断路,再根据电压表的示数判断出电路故障.电压表示数为3V等于电源电压,说明电压表的两个接线柱和电源连接的部分没有断路,所以故障是电阻断路了;
(3)在表中:
导体的电阻一定,导体两端的电压从1V到2V再到3V,相对应的,导体中的电流从0.1A到0.2A再到0.3A.电压增加几倍,电流也增加几倍,故得结论:
在电阻一定时,电流与电压成正比;
(4)换用阻值不同的电阻,多进行几次实验可避免实验的偶然性,使结论更具普遍性,故选B.
故答案为
(1)如上图;
(2)①滑动变阻器的阻值没有在最大值处;②电阻断路;(3)电阻一定时,电流与电压成正比;(4)B.
【点睛】
电压表与定值电阻并联;为保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应位于最大阻值处;探究电流与电压、电阻的关系时,要用到控制变量法.
7.小明同学利用四个定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω、20Ω)、规格为“15Ω1A”的滑动变阻器、电源(电压为4.5V)、电压表、电流表、开关和导线等器材,进行了“探究电流与电压、电阻关系”的实验。
(1)小明选择10Ω的定值电阻,连接了如图甲所示的电路,闭合开关,调节滑动变阻器滑片,电流表示数________,电压表示数________(改变/不变)。
经检查发现电路中有一根导线连接错误,请你在连接错误的一条导线上断“×”,并用笔画线代替导线将电路连接正确______;
(2)排除故障后,闭合开关,调节滑片到适当位置,电流表示数如图乙所示,则电流表示数为________A,又读得电压表示数为2V,此时小明________(能/不能)得出“电阻一定时,电流与电压成正比”的结论;
(3)在探究“电流与电阻的关系”时,小明将控制电压设为2.5V,依次将阻值为5Ω、10Ω、15Ω,20Ω的定值电阻接入电路。
在换上10Ω的电阻后,后续操作有以下四步:
①闭合开关;②将滑动变阻器的滑片移到阻值最大位置;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________。
他用20Ω的电阻替换15Ω的电阻进行实验,发现无法使电压表读数调到2.5V。
他可以在电路中与滑动变阻器________(串联/并联)一个阻值大于________Ω的电阻,才能使实验进行到底。
【答案】改变不变
0.2不能②①④③串联1Ω
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1][2]如图甲所示的电路,则电阻与电压表被短路了,电流表与变阻器串联,故闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,电流表示数改变,电压表示数不变(为0)。
[3]电流表应与电阻串联,电压表与电阻并联,同时电流表电压表都要正进负出,改正后如图(见答案)所示。
(2)[4]电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流为0.2A。
[5]仅一组数据不能得出结论,不具有普遍性意义。
(3)[6]连接电路时,为了防止短路应断开开关且滑动变阻器调到阻值最大处,然后闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表达到要求电压,记录电流表示数。
[7][8]为保证每次都能将接入的定值电阻两端电压调为2.5V,根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压为4.5V-2.5V=2V,变阻器分得的电压为定值电阻电压的
倍,当接入20Ω的电阻时,根据分压原理,变阻器连入电路中的电阻
R'滑=0.8×20Ω=16Ω
而变阻器的最大电阻为15Ω,故滑动变阻器不能将20Ω的电阻两端电压调到2.5V,此时应该串联一个电阻R′,故R′的最小值
R′最小=R'滑−R滑=16Ω−15Ω=1Ω
即需要串联一个阻值大于1Ω的电阻,才能使实验进行到底。
8.现有下列器材:
学生电源6V、电流表(0~0.6A,0~3A)、电压表(0~3V、0~15V)、阻值不同的定值电阻若干、开关、滑动变阻器和导线若干,利用这些器材探究“电流与电阻的关系”。
(1)按图甲所示连接好电路,滑片P移到阻值最大处,将5Ω的定
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