Question

在“測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻”的實驗中：

⑴如圖所示的電路未完成連接，請你用筆畫線代替導線將電路連接完整。

⑵電路連接完成后，在操作完全正確的前提下李翔閉合開關發(fā)現燈泡不亮，請你幫李翔找到一種判斷電路是否正常的方法：

。

⑶李翔用如圖所示的電路正確測量出燈泡正常發(fā)光時的電阻值為R₁，若此燈泡正常發(fā)光時的實際電阻為R₂，經分析可知R₁ R₂（選填“＞”、“＜”或“＝”）。

⑷李翔利用如圖所示的電路還完成了“小燈泡的額定功率”（ 可供選擇的燈泡是2.5V和3.8V中的一個）的測量，若他連接的電路完全正確，當燈泡正常發(fā)光時電流表的示數如圖乙所示，則他選用的燈泡的額定功率為 W。

Answer 1

⑴答案如圖所示

（2分）；⑵若電壓表電流表都有正常示數，則電路正常；若電壓表示數等于電源電壓，則說明燈泡斷路；（2分）；⑶＜（2分）；⑷0.75.（2分）

【解析】⑴本題的作圖主要考查兩個方面，一是滑動變阻器的接法（一上一下，各接一個）；二是電表的“正入負出”，即電流從電表的正接線柱流入，從負接線柱流出。根據這兩個原則，可以得出電路的連接如圖所示。⑵閉合開關燈泡不亮，可能的原因有兩個，一是滑動變阻器的滑片處于阻值最大處，導致電路中電流過小，燈泡不亮；二是燈泡發(fā)生開路故障。這時我們可以根據電表的示數來判斷，若電壓表和電流表都有較小的示數，說明電路正常；若電壓表示數等于電源電壓，說明與電壓表并聯的那部分電路（即燈泡）發(fā)生了開路故障。⑶由電路分析可知，本題測電阻的方法是外接法，即電壓表直接和燈泡并聯，其測量的就是燈泡兩端的電壓，所以電壓的測量值相對較為準確，而電流表測量的是通過電壓表和燈泡的電流之和，所以電流的測量值比通過燈泡的實際電流大，根據R=可知，電阻的測量值小于其真實值，故R₁<R₂;⑷由電路圖可知，電壓表和電流表均選用小量程，所以測量電功率時選用的是額定電壓為2.5V的燈泡，根據乙圖可知電流表示數為0.3A，故他選用的燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.3A=0.75W。

【命題規(guī)律與展望】“伏安法測電阻”和“測量小燈泡的電功率”是安徽中考永恒的主題，在安徽中考中的地位一直居高不下，每年都會有所涉及且考查的知識點比較全面而具體。其中2013安徽中考第20題考查了電路的連接、電阻的數學表達式和保護電路等；2012年安徽中考第20題考查了電路圖、滑動變阻器的最大阻值問題、電表內阻帶來的誤差分析等；2011安徽中考第19題考查了“伏安法測電阻”的電路圖連接（其中重點考查滑動變阻器接入電路的最大阻值）和數據處理的過程等；2010年安徽中考第20題考查了“雙伏法測電阻”的實驗步驟的語言表述、電阻的數學表達式和滑動變阻器的作用等；2009年第20題考查了“測量電功率”的實驗步驟的語言表述、電表的讀數、電功率的計算和多次測量的目的等。根據上述分析可以看出，“伏安法測電阻”和“測量小燈泡的電功率”是安徽中考的“釘子戶”，相信2014的安徽中考中還會見到這兩個實驗的身影。

【題型攻略】

在安徽中考中，電學實驗基本上都考查“三合一”實驗，即“科學探究：歐姆定律”、“伏安法測電阻”和“測量小燈泡的電功率”，因為這三個實驗的實驗電路圖完全相同，所以我把他們歸結為“三合一”實驗。這是安徽中考每年必考的內容。那么，這幾個實驗的主要考點有哪些呢？

考點一：實驗思路或實驗原理

      “科學探究：歐姆定律”的實驗思路是控制變量法，即保持電阻不變時，研究電流與電壓的關系；保持電壓不變時，研究電流與電阻的關系；而“伏安法測電阻”的實驗原理是歐姆定律，即R=U/I；“測量小燈泡的電功率”的實驗原理是P=UI。

考點二：實驗電路圖或實物圖

        因為三個實驗的實驗電路圖是完全相同的，所以在全國各地的考查中，畫電路圖或連接實物圖成為每年必考的熱點考題，在這一塊多花點功夫還是非常值得的。

        關于電路圖，我采用“６＋７”的記憶方法，即六個器材（分別是：因為是電學實驗，所以需要電源和開關；因為需要測量電流和電壓，所以需要電壓表和電流表；因為需要有測量對象，所以需要燈泡或定值電阻；此外再加上滑動變阻器），七根導線進行連接；在連接方法上，首先需要將電壓表排除在外，將其余器材連接好后，再將電壓表并聯在燈泡（或電阻）兩端即可。

        關于實物圖，考查的要點歸納為：“三大件八小點”，即電流表（三小點：串聯、正入負出、量程選擇）、電壓表（三小點：并聯、正入負出、量程選擇）、滑動變阻器（兩小點：上下接法、阻值最大）。

        關于實物圖連接的考查方式，主要有如下三種題型，第一種題型，連接部分電路，要求將剩余部分的電路補充完整，這種題型相對最為簡單，因為留下沒有連接的器材的指向性和針對性較強，這樣一來較容易得分；第二種題型，連接所有的器材，這種連接可以按照自己的思路直接連接，而且考點比較多、瑣碎，但是，一般情況下回考查電流表量程的選擇和電壓表的正入負出問題等等；第三種題型，改錯題，即要求改動一根導線的一個接線頭，使電路連接正確，這種題目難度相對較大，所以失分率較高，其實，只要我們按照我們的思路連接，“順我者昌，逆我者亡”，凡是和我們的連接思路相同的，基本上都是正確的，若和我們連接的思路不符，則極有可能是錯誤的。這樣，在解題是主要注意電流表電壓表的接法，得分就是十拿九穩(wěn)的事情了！

   在電路連接過程中，經常考到的電路連接是電流表的量程選擇，如題中提供燈泡的額定電壓和燈泡正常發(fā)光時的電阻的大概阻值，從而根據要求選用合適的量程。

考點三：故障的分析與排除

     在電學實驗中 ，連接電路完畢后，故障的分析與排除是電學實驗考查的重點和難點之一。在電學實驗的考查中，主要考查的故障有如下幾點：

     1.已知故障判斷電表的示數情況。

     故障一：在伏安法測電阻或電功率的過程中，電流表和電壓表位置接反了，即電壓表串聯在電路中，而電流表并聯在待測電阻的兩端，這時由于電壓表的阻值較大，而導致電壓表示數為電源電壓，而電流表無示數。

    故障二：燈泡斷路。當燈泡斷路時，電壓表相當于與滑動變阻器串聯，此時電壓表示數為電源電壓，而電流表無示數。

     故障三：滑動變阻器同接兩上接線柱。此時，閉合開關后，由于滑動變阻器失去了保護作用，而導致燈泡較亮，且電壓表示數為電源電壓，電流表示數較大；又因為滑動變阻器同接兩上接線柱，導致滑動變阻器失去調節(jié)作用，因此在調節(jié)滑片P時，電壓表和電流表示數保持不變。

     故障四：滑動變阻器同接兩下接線柱。此時，閉合開關后，燈泡可能不發(fā)光，電壓表和電流表示數均較��；同時，調節(jié)變阻器的滑片P時，電壓表和電流表示數均保持不變。

     故障五：電壓表與滑動變阻器并聯。此時，調節(jié)滑動變阻器時，電壓表與電流表的示數變化情況剛好相反，即電流表示數變大時，電壓表示數變小。此時，只要用電源電壓減去電壓表示數，即為所測電壓。

   2.根據電路的外在表現判斷電路故障：

    一般的重要表現為：閉合開關后，燈泡不亮。這時可能有兩種情況，一種情況是電壓表示數等于電源電壓，則故障為燈泡斷路；另一種情況是電流表和電壓表均有較小示數，此時是因為閉合開關前，滑動變阻器的滑片置于阻值最大處，導致電路中電流較小，燈泡的實際功率較小而發(fā)光非常微弱，導致肉眼觀察不到。

四.實驗操作步驟的考查和數據的分析處理

    雖然“科學探究：歐姆定律”、“伏安法測電阻”和“測量小燈泡的電功率”三個實驗的電路圖和實物圖完全相同，但因為實驗目的的不同，實驗操作的考查要點也是各部相同的。

   1.“保持電阻不變時，研究電流與電壓的關系”實驗步驟的考查

    因為在本實驗探究環(huán)節(jié)中，保持電阻不變，所以實驗的電路連接就只要連接一次實驗電路即可。而實驗過程也比較簡單，只需要在閉合開關后移動三次變阻器的滑片，記錄下每一次的電壓電流值即可。

    在得出三次電壓電流值后，數據的處理方法分為兩種，一種是將每一次電壓值和電流值比值求出，即可發(fā)現U/I的比值是一個定值，由此得出“保持電阻不變時，電流與電壓成正比關系”；另一種是建立坐標系，描出對應的點，進而做出物理圖像，根據圖像可以分析總結出“保持電阻不變時，電流與電壓成正比關系”這一結論。

    2.“保持電壓不變時，研究電流與電阻的關系”實驗步驟的考查

    在本環(huán)節(jié)中，需要保持電阻兩端的電壓不變，所以本環(huán)節(jié)的實驗操作較為復雜。假如我們選擇的是5Ω、10Ω、20Ω的電阻進行實驗，實驗的第一步，將5歐的電阻接入電路，然后將變阻器的滑片調至阻值最大處，閉合開關試觸，待電路正常后，調節(jié)變阻器的滑片P，使電壓表示數為預定值；然后斷開開關，將5歐電阻替換為10歐電阻后，再將變阻器的滑片調節(jié)至阻值最大后閉合開關，再次調節(jié)變阻器的滑片，使電壓表示數為預定值，記下電流表的示數。

    在本部分中，�？嫉念}目是：在“研究電流與電阻的關系”時，某同學講5歐電阻換成10歐電阻后，則接下來的操作是：                                          。本處的答案要點應為三個點：一是怎么操作（調節(jié)變阻器的滑片），二是要達到怎樣的目的（使電壓表示數為預定值），三是達到目的后還要記錄什么（記下此時電流表的示數）。所以本題的答案應為：調節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表示數為2V，記下此時電流表的示數。

     在本部分的考查中，還容易出現的考查內容是：某同學將5歐的電阻替換成10歐的電阻后，沒有調節(jié)變阻器的滑片就閉合開關，則電壓表的示數             （選填“大于”、“等于”或“小于”）2V，為了讓電壓表的示數恢復為2V，則接下來應該將變阻器的滑片向                  （選填“阻值變大”或“阻值變小”）的方向移動。對于本題，首先，5歐電阻換成10歐電阻后，而變阻器的阻值不變，根據串聯分壓（股份制分壓） 的原理，10歐電阻分得的電壓應該大于2V，為了讓電壓表示數恢復到2V，應該讓滑動變阻器的阻值也相應的增大為原來的2倍，所以應該將變阻器的滑片向阻值變大的方向移動。所以，本部分的答案應為：大于；阻值變大。在這一知識點的考查中，往往還會追問：若該同學無論怎樣移動變阻器的滑片，都不能使電壓表示數恢復到2V，則可能的原因是          或             ，可以采取的措施是         或                。經過上述分析，我們知道，當將10歐電阻接入電路后，電壓表示數將大于2V，此時，為了使電壓表示數恢復到2V，應該將變阻器的滑片向阻值變大的方向移動，而無論如何調節(jié)變阻器的阻值，都不能使電壓表示數恢復到2V，則說明滑動變阻器的阻值較小，不能分擔足夠多的電壓，或者電源電壓太大，滑動變阻器的分擔能力有限，所以可以采取的措施是換用阻值更大的滑動變阻器或降低電源電壓。可見，本部分的答案應為：滑動變阻器阻值過小或電源電壓太高，可以采取的措施是“換用阻值更大的滑動變阻器”或“降低電源電壓”。

     在本部分的考點中，一般還會涉及滑動變阻器的選取問題。例如，在“探究電流與電阻的關系”實驗中，電源的電壓保持3V不變，實驗使用了5歐、10歐、15歐、20歐的定值電阻，老師提供的滑動變阻器有“5歐、1安”和“20歐，0.5安”的滑動變阻器，實驗時，小明保持電壓為2V不變，則需要選用的滑動變阻器為              。針對這個問題，我們知道，選用的滑動變阻器需要阻值能夠滿足實驗要求，而實驗中，我們只需要考慮接入電路的定值電阻的阻值最大的時候，需要的滑動變阻器的接入阻值也最大，所以我們只要計算20歐的電阻接入電路時滑動變阻器接入電路的阻值即可。根據歐姆定律不難計算出，當20歐的電阻接入電路的時候，滑動變阻器接入電路的阻值為10歐，所以我們需要選用“20歐，0.5安”的滑動變阻器。

     關于電學實驗的操作考查，本實驗環(huán)節(jié)是難度最大的部分，同時也是全國各省市中考最感興趣的部分，所以我們在復習時在本部分上應該花大力氣進行復習。同時，本實驗的結論也是易錯點之一，因為學生往往容易寫成“保持電壓不變時，電阻與電流成反比關系”，所以結論的強調也是必不可少的。

        以上是重點強調了“科學探究：歐姆定律”的實驗操作，其實，“測量定值電阻的阻值”的實驗操作與“保持電阻不變時，研究電流與電壓的關系”實驗操作完全相同；而“測量小燈泡的電阻（或電功率）”實驗的操作考查要點與“保持電壓不變時，研究電流與電阻的關系”的實驗操作相同，要點是調節(jié)電壓達到某一固定值即可。

五．數據的分析與處理

     在“伏安法測電阻”中可以分為兩種情況，一是測量定值電阻的阻值，二是測量小燈泡的電阻。由于定值電阻的阻值保持不變，所以在處理數據時可以利用多次測量取平均值的方法減小實驗誤差。而在“測量小燈泡的電阻”的實驗中，由于燈絲的電阻受溫度的影響，所以在不同電壓下燈絲的電阻不同，故不能用多次測量取平均值的方法進行，只能計算出燈泡在不同電壓下的電阻值。

在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，由于燈泡兩端的電壓不同燈泡的實際功率也不相同，所以不能夠通過多次測量取平均值的方法來計算燈泡的電功率。但是，當題目中要求計算燈泡的額定功率時，則只能用額定電壓和額定電流的成績來計算額定功率。

六.誤差分析

    無論是測量電阻還是測量電功率，都有內接和外接兩種形式。選用內接法電路時，電流測量的是通過燈泡的電流，而電壓表測量的是燈泡和電流表兩端電壓之和，所以電流的測量值相對較為準確，而電壓的測量值大于燈泡兩端的實際電壓，根據R=可知電阻的測量值偏大，根據P=UI可知電功率的測量值偏大。選用外接法電路時，電流表測量的是通過燈泡和電壓表的電流之和，電壓表測量的是燈泡兩端的電壓，所以電壓的測量值相對準確，電流的測量值大于通過燈泡的實際電流，根據R=可知電阻的測量值偏小，根據P=UI可知電功率的測量值偏大。