Question

葉子、小明和小雨在探究“歐姆定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)：
①他們提出的問題是：導(dǎo)體中的電流與電壓、電阻有什么關(guān)系？
②根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，他們猜想：導(dǎo)體中的電流，跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比．
③實(shí)驗(yàn)過程如下：
a．他們按如下電路圖連接電路，請將電路圖填畫完整．
b．用R₁=5Ω的定值電阻做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表示數(shù)分別為0.8V、1.6V、2.4V時(shí)，對應(yīng)電流值分別為0.16A、0.32A和如圖電流表的示數(shù)．電流表示數(shù)為

0.48

A．
c．換用R₂=10Ω的定值電阻，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)．

④通過分析，他們驗(yàn)證了猜想的正確性，得出歐姆定律．他們經(jīng)歷的探究程序?yàn)椋禾岢鰡栴}、

猜想

、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、歸納分析、得出結(jié)論
（ⅱ）在上述探究中發(fā)現(xiàn)，對同一個(gè)導(dǎo)體，U/I的值

不變

，而這個(gè)值就是導(dǎo)體的電阻；不同的導(dǎo)體，U/I的值一般不同．可見，電阻是導(dǎo)體本身的一種特性，它的大小與

電壓

和

電流

無關(guān)．于是，他們用如圖電路驗(yàn)證“影響電阻大小的因素”，在M、N兩點(diǎn)之間接入粗細(xì)相同而長度不同的鎳鉻合金絲．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：鎳鉻合金絲越長，燈泡越暗，說明電阻越

大

．這種顯示電阻大小的方法是

轉(zhuǎn)換

法．
（ⅲ）在上述實(shí)驗(yàn)（1）的電路中，將定值電阻換成螺線管，通電后吸引大頭針，發(fā)現(xiàn)當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，吸收大頭針的數(shù)目

多

，實(shí)驗(yàn)說明：電流越大，通電螺線管磁性越強(qiáng)．
（ⅳ）葉子、小明和小雨在理解歐姆定律基礎(chǔ)上又共同設(shè)計(jì)了一種測定水平方向風(fēng)力大小的裝置．其原理如圖甲所示：絕緣輕彈簧的左端固定在O點(diǎn)，右端與中心有孔、表面豎直的金屬迎風(fēng)板相連，一起套在左端也固定在O點(diǎn)的粗細(xì)均勻、電阻隨長度均勻變化，且水平放置的金屬桿上，迎風(fēng)板與金屬桿接觸良好；電路中左端導(dǎo)線與金屬桿的左端相連，右端導(dǎo)線連接在迎風(fēng)板上并可隨板移動(dòng)，R是定值電阻，a、b、c、d為四個(gè)接線柱．
（1）在他們的設(shè)計(jì)中，若要求在風(fēng)力增大時(shí)，接入電路的電表示數(shù)也隨之增大，則應(yīng)該（

B

）
A．在a、b之間接入電流表，在c、d之間連接導(dǎo)線
B．只在a、b之間接入電流表
C．在c、d之間接電壓表，在a、b之間連接導(dǎo)線
D．只在c、d之間接電壓表
（2）為了較準(zhǔn)確的測出水平方向風(fēng)力的大小，三位同學(xué)先對選定的輕彈簧和金屬桿進(jìn)行了兩項(xiàng)測量．
①小明利用測量的數(shù)據(jù)作出了原長為40cm的輕彈簧的長度L和所受壓力F的關(guān)系圖[見圖乙]．由圖可知：該彈簧每縮短10cm，彈簧受到的壓力將增加

2

N

②葉子設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，用來測量長度為50cm的金屬桿的電阻．他們備選的部分器材有：
A．電源（能夠提供3V的穩(wěn)定電壓）
B．電流表A（量程0～0.6A）
C．電壓表V（量程0～3V）
D．滑動(dòng)變阻器R₁（阻值變化范圍為0～5Ω）
E．滑動(dòng)變阻器R₂（阻值變化范圍為0～10Ω）
選好器材后，葉子和小雨在實(shí)驗(yàn)中正確操作，他們記錄的測量數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5
A表示數(shù)I/A	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
V表示數(shù)U/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0

根據(jù)他們測量數(shù)據(jù)可以知道：他們實(shí)驗(yàn)中選用的滑動(dòng)變阻器是

E

（填器材的序號字母）；他們測出的金屬桿的電阻是

5

Ω
（3）三位同學(xué)最后根據(jù)（1）的要求，按圖甲進(jìn)行組裝時(shí)，除用到上述選定的輕彈簧、金屬桿和（2）備選的電源、電表外，還選了阻值R=3Ω的定值電阻．如果無風(fēng)時(shí)，O點(diǎn)到迎風(fēng)板的距離以及輕彈簧的長度均等于彈簧的原長，則該裝置能夠測量的最大水平風(fēng)力是

4

N．
（4）對葉子、小明和小雨設(shè)計(jì)的測定水平方向風(fēng)力的裝置，從力的角度，請你指出可能對測量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響的因素之一：

迎風(fēng)板與金屬之間的摩擦力

．

Answer 1

分析：電路圖中缺少電壓表和電流表，電壓表并聯(lián)在電路中，電流表串聯(lián)在電路中．
根據(jù)電流表使用的量程讀出電流表的示數(shù)．
探究實(shí)驗(yàn)的步驟一般包括：提出問題、猜想或假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析和論證、評估、交流．探究實(shí)驗(yàn)步驟是靈活多變的．
（ii）電阻是導(dǎo)體本身的一種特性，大小與長度、材料、橫截面積有關(guān)，跟電壓和電流無關(guān)，大小等于電壓和電流的比值．
電阻是對電流的阻礙作用，不能直接觀察電阻的大小，可以通過電流的一些效應(yīng)的大小來反映．
（iii）電磁鐵的磁性大小跟電流大小、線圈的匝數(shù)、有無鐵芯有關(guān)．
（iv）（1）先根據(jù)選項(xiàng)判斷電路的連接方式，再根據(jù)風(fēng)力增大判斷電路電阻的變化，利用歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn)判斷電表示數(shù)的變化；
（2）①分析輕彈簧的長度l與所受壓力F的關(guān)系圖象可知，當(dāng)風(fēng)力增大時(shí)，彈簧的長度變短；
②由電路圖可知，金屬桿和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測金屬桿兩端的電壓；由表格中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表的示數(shù)為1V時(shí)，電路中的電流為0.2A，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻和金屬桿的電阻，進(jìn)一步確定滑動(dòng)變阻器的規(guī)格；
（3）當(dāng)電流表的示數(shù)最大為0.6A時(shí)，風(fēng)力最大，根據(jù)歐姆定律求出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出金屬桿兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出金屬桿接入電路的電阻，利用金屬桿為50cm時(shí)阻值為5Ω求出此時(shí)彈簧的長度，最后由圖乙該裝置能夠測量的最大水平風(fēng)力；
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置，從力的角度如摩擦力、空氣阻力、風(fēng)向等提出可能對測量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響的因素．

解答：解：電壓表并聯(lián)在電路中，電流表串聯(lián)在電路中，所以在左端的圈中為電流表，在右端的圈中為電壓表．如下圖所示：

電流表使用的是0～0.6A，示數(shù)為0.48A．
根據(jù)探究的實(shí)驗(yàn)步驟，他倆經(jīng)歷的思維程序?yàn)椋禾岢鰡栴}、猜想、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、歸納分析、得出結(jié)論．
（ii）歐姆定律的推導(dǎo)公式R=

U

I

，不能反映電阻跟電壓成正比，跟電流成反比，是計(jì)算電阻的一種方法，故電阻跟電壓和電流無關(guān)．
鎳鉻合金絲材料一定，橫截面積一定，越長，對電流的阻礙越大，燈泡越暗．這種顯示電阻大小的方法是轉(zhuǎn)換法．
（iii）將定值電阻換成螺線管，鐵芯一定，匝數(shù)一定，當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，連入電路電阻減小，電流增大，磁性越強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)吸引大頭針的數(shù)目增多．
（iv）（1）A、在a、b之間接電流表，在c、d之間連接導(dǎo)線時(shí)，會(huì)造成電源短路，故A不正確；
B、只在a、b之間接電流表時(shí)，電路為串聯(lián)電路，電流表測電路中的電流，當(dāng)風(fēng)力增大時(shí)接入電路的電阻變小，根據(jù)歐姆定律可知電路中的電流變大，故B正確；
C、在c、d之間接電壓表，在a、b之間連接導(dǎo)線，電壓表測O和迎風(fēng)板之間電阻兩端的電壓，當(dāng)風(fēng)力增大時(shí)接入電路的電阻變小，根據(jù)歐姆定律可知電路中的電流變大，電阻R兩端的電壓變大，根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于分電阻的電壓之和可知，電壓表的示數(shù)變小，故C不正確；
D、只在c、d之間接電壓表時(shí)，電壓表斷路，故D不正確；
（2）①分析輕彈簧的長度l與所受壓力F的關(guān)系圖象（如圖乙所示）可知：該彈簧每縮短10cm，彈簧受到的壓力將增加2N；
②由他們記錄的測量數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電流為0.2A時(shí)，此時(shí)電壓表的示數(shù)為1V，
∵金屬桿和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測金屬桿兩端的電壓，
∴滑動(dòng)變阻器兩端的電壓值U_滑=3V-1V=2V，
根據(jù)歐姆定律可得R_滑=

U滑

I

=

2V

0.2A

=10Ω，
故他們選擇的是滑動(dòng)變阻器R₂（阻值變化范圍為0～10Ω）；
金屬桿的電阻R_金=

U金

I

=

1V

0.2A

=5Ω；
（3）因電源能夠提供3V的穩(wěn)定電壓，定值電阻的阻值R=3Ω，電流表A的量程是0～0.6A，所以當(dāng)電流最大時(shí)，此時(shí)風(fēng)力最大，
定值電阻兩端的電壓U_R=I′R=0.6A×3Ω=1.8V，
金屬桿兩端的電壓U_金′=U-U_R=3V-1.8V=1.2V，
所以金屬桿的電阻R_金′=

U金′

I′

=

1.2V

0.6A

=2Ω，
由題意可知，當(dāng)金屬桿為50cm時(shí)，阻值為5Ω，所以當(dāng)阻值為2Ω時(shí)，此時(shí)彈簧的長度為20cm，
由乙圖可知，此時(shí)風(fēng)力為4N；
（4）設(shè)計(jì)中沒有考慮迎風(fēng)板與金屬桿之間的摩擦力；沒考慮迎風(fēng)板左側(cè)受到的空氣的阻力等．
故答案為：0.48；猜想；（ⅱ）不變；電流；電壓；大；轉(zhuǎn)換；（ⅲ）多；
（iv）（1）B；
（2）2；E；5； 
（3）4；
（4）迎風(fēng)板與金屬之間的摩擦力．

點(diǎn)評：本題考查電壓表和電流表的正確使用，電流表的讀數(shù)、電流、電壓、電阻、長度等的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是分析電路的組成和根據(jù)所給信息總結(jié)規(guī)律，要記住串聯(lián)電路的規(guī)律．