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第十五章　电流和电路　电压　电阻
2022课程标准
通过实验,了解物质的一些物理属性,如导电性,能用语言、文字或图表描述物质的物理属性。
了解关于物质属性的研究对生产生活和科技进步的影响。
观察摩擦起电现象,了解静电现象,了解生产生活中关于静电防止和利用的技术。
知道电压、电流和电阻。
会使用电流表和电压表。
会看、会画简单的电路图。会连接简单的串联和并联电路。能说出生产生活中采用简单串联电路和并联电路的实例。探究并了解串联电路和并联电路中电流、电压的特点。
考点一　电荷
原子及其结构
原子
通常情况下,原子整体不显电性,原子核所带的④　　　　电荷与核外所有电子所带的⑤　　　　电荷在数量上是相等的。
摩擦起电
(1)原因:不同物体的原子核对核外电子的束缚力不同。不同物体相互摩擦时,原子核对核外电子束缚力强的物体得到电子,带⑥　　　　电;原子核对核外电子束缚力弱的物体失去电子,带⑦　　　　电。
(2)实质:摩擦起电不是产生了电荷,而是电荷发生了⑧　　　　。
两种电荷
(1)与丝绸摩擦过的玻璃棒带⑨　　　电;与毛皮摩擦过的橡胶棒带⑩　　　电。
(2)带电体性质:具有　　　　轻小物体的性质。
(3)相互作用规律:同种电荷相互　　　　,异种电荷相互　　　　。
(4)验电器:用来检验物体　　　　　,根据　　　　　　　　　　的原理制成。
(1)两个相互吸引的物体不一定带异种电荷,还可能一个带电,另一个不带电。
(2)电子是带有最小负电荷的粒子,所带电荷量为1.6×10-19 C。
导体、绝缘体、半导体和超导体
(1)导体:容易导电的物体,如金属、人体、大地、食盐水、石墨等。
(2)绝缘体:不容易导电的物体,如橡胶、塑料、陶瓷、食用油、玻璃等。
(3)半导体:导电性能介于导体与绝缘体之间,如硅、锗等。
(4)超导体:某些材料在温度降到足够低时,电阻会突然变为零,可用于输电和发电机的线圈等。
考点二　电路　电路图
电路的组成
电源、　　　　、导线、开关。
电路图
常用元件及其符号
元件 符号 元件 符号
灯泡 　　　　 电源 　　　　
开关 　　　　 电流表 　　　　
电压表 　　　　 电阻 　　　　
滑动变阻器 　　　　
画电路图应注意的问题
(1)电路元件符号用统一规定的符号。
(2)连线横平竖直,呈方形。
(3)各元件符号不要画在拐角处。
(4)线路中间不能有断点。
考点三　电流和电压
电流
(1)形成:电荷的　　　　　　形成电流,用符号　　　表示。
(2)方向:规定　　　　定向移动的方向为电流的方向。
(3)单位及换算关系:基本单位是　　　　,符号为　　　;1 A=　　　mA=　　　μA。
(1)当负电荷定向移动形成电流时,电流方向与其移动方向相反。
(2)在电源外部,电流从电源正极流向负极;在电源内部,电流从电源负极流向正极。
电压
(1)单位:伏特,符号为V。
(2)换算关系:1 kV=　　　　V,1 V=　　　　mV。
电流表和电压表
电流表 电压表
作用 测量电路中的电流,相当于导线 测量电路两端的电压,相当于断路
使用 规则 与被测电路 　　　　 与被测电路 　　　　
不允许将电流表直接接在电源两端 电压表可以直接接在电源两端
电流“　　　　进　　　　出”,被测电流或电压不能超过电流表或电压表选择的　　　　
表盘
读 数 读数 方法 看清所选量程及分度值。电表示数=指针偏过的格数×分度值
量程 0~0.6 A 0~3 A 0~3 V 0~15 V
分度值 　　　A 0.1 A 　　　V 0.5 V
图中 示数 　　　A 1.4 A 　　　V 5 V
考点四　电阻　变阻器
电阻
(1)定义:导体对电流阻碍作用的大小。
(2)影响因素:导体的　　　　、　　　　、横截面积和温度。当导体的材料一定时,长度越长,横截面积越小,电阻越　　　　;对大多数的导体来说,温度越高,电阻越　　　　。
滑动变阻器
(1)原理:通过改变接入电路中电阻线的　　　　来改变接入电路中的电阻。
(2)结构与接法
结构 图示 电路 符号
接 法 断路式:,右侧电阻线断路,左侧电阻线接入电路
短路式:,右侧电阻线被短路,左侧电阻线接入电路
定值电阻式:,电阻线全部接入电路
(3)作用:通过调节接入电路中的电阻值改变电路中的电流;保护电路。
(4)应用:调节音量的电位器。
(5)使用说明:“一上一下”串联在电路中,闭合开关前应将滑片调到阻值最大处;当变阻器接两个上接线柱时,其连入电路的阻值为零;当变阻器接两个下接线柱时,其连入电路的阻值是其最大阻值。
(人教九全图15.1-1) 命题点:电荷间的相互作用 如图为用丝绸摩擦过的两根玻璃棒。吊起其中一根玻璃棒,用另一根靠近它的一端,发现两根玻璃棒相互排斥,说明　　　　可以使物体带电,且同种电荷相互　　　　。
(人教九全图15.1-2) 命题点:验电器　电荷间的相互作用 如图,用毛皮摩擦过的橡胶棒接触验电器的金属球,验电器的金属箔片会张开,说明　　　　可以使物体带电,金属箔片张开说明　　　　　　　　　　　　　　　　　。
重难点一　连接实物图
请按图甲所示的电路图,将图乙中的实物电路,用笔画线代替导线完成电路连接。(连接时导线不交叉)
甲
乙
如图是测量小灯泡电阻阻值的实物电路图,其中有一根导线连接错误,请你在错误的导线上画“×”,并用笔画线代替导线画出正确的连接方式。
连接实物图的方法:
(1)先认清电路元件的连接方式,明确是串联还是并联。
(2)电流通过电表时要遵循“正进负出”原则,电压表要与被测用电器并联,电流表要与被测用电器串联。
(3)滑动变阻器要遵循“一上一下”原则。
(4)最后按照一定的顺序连接各电路元件。
重难点二　电路故障分析
如图所示,闭合开关S,滑动变阻器滑片P移动过程中,灯突然熄灭,电压表和电流表均无示数。若电路中仅有一处故障,则故障不可能是 (　　)
A.电流表接线松开 B.小灯泡L断路
C.滑动变阻器R断路 D.开关S接触不良
(2024·唐山一模)如图所示的电路图中,L1和L2是两个完全相同的小灯泡。闭合开关后,两个小灯泡都能发光。过了一会,突然有一个小灯泡熄灭,并且只有一个电表有示数,则故障原因可能是(　　)
A.L1短路 B.L1断路
C.L2短路 D.L2断路
(1)当电压表示数为电源电压时有两种推测:
①电压表所测范围电路断路;
②电压表所测范围之外的所有用电器都短路或被短接。
(2)当电压表示数为零时有两种推测:
①电压表所测范围电路短接;
②电压表所测范围之外有断路的地方。
(3)结合灯泡的亮灭来进一步判断时:串联电路中若两灯都不亮可能是某处断,若一亮一灭可能是灭的那个短路或被短接;并联电路中一亮一灭可能是灭的那个断路。
实验一　探究串、并联电路的电流规律
实验电路图
实验器材
电源、开关、导线、电流表、小灯泡。
实验注意事项
(1)实验前电流表要　　　　。
(2)连接或拆装电路时开关必须　　　　。
(3)连接电流表时应使电流“正进负出”。
实验操作
(1)根据电路图连接实物图,连接时开关必须　　　　。
(2)用电流表分别测出通过A、B、C三点的电流,并记录在下表中。然后更换　　　　规格的小灯泡再进行两次实验。
实验数据
实验 次数 A处的电 流IA/A B处的电 流IB/A C处的电 流IC/A
1
2
3
实验结论
电流规律:串联电路中电流处处相等,即　　　　　　　　;并联电路中干路电流等于各支路电流之和,即　　　　　　　　。
交流与反思
(1)电流表的使用
①指针反偏:　　　　　　　　　　;
②指针偏转角度太小:量程选择　　　　,更换　　　　量程;
③指针偏转角度太大:量程选择　　　　,更换　　　　量程。
(2)在实验过程中,小明在电路中换上规格不同的小灯泡多次测量,他这样做的目的是　　　　　　　　　　　　。
(3)在并联电路中,闭合开关,发现L1亮,而L2不亮。甲同学认为L2不亮的原因是L2短路,你认为他的判断是　　　　(选填“正确”或“错误”)的。
某实验小组做“探究并联电路的电流规律”实验时,从甲、乙、丙、丁四种规格的灯泡中,选取两个并联接在电源上,组成如图1所示的电路,然后把一个电流表分别接入电路中A、B、C处测量电流,并记录数据。
图1　　图2
图3
(1)实验中,应选两个规格　　　　(选填“相同”或“不相同”)的灯泡,连接电路时开关要处于　　　　状态。
(2)小明要测量干路电流,他应将电流表接入图1中的　　　(选填“A”“B”或“C”)处,接入电流表后闭合开关,他看到两个灯泡都发光,但电流表出现如图2所示的现象,原因是　　　　　　　　　,小明应该断开开关,　　　　　　　　,重新进行实验。
(3)小明正确连接电路并完成了实验,记录的数据如表所示,根据表格数据可以得出结论:　　　　　(用公式表示)。
实验序号 L1 L2 IA/A IB/A IC/A
1 甲 乙 0.12 0.15 0.28
2 乙 丙 0.16 0.20 0.36
3 甲 丁 0.12 0.14 0.26
4 丙 丁 0.24 0.18 0.38
【补充设问】
(4)对于上述测量数据的相关分析,以下说法正确的是　　　　。(多选)
A.第1次数据没有测量误差
B.分析多组数据是为了减小误差
C.选用不同规格的灯泡进行实验,可使结论更具普遍性
D.第4组数据的偏差可能是电流表未调零引起的
(5)按照图1正确连接好实物图后,闭合开关后,发现小灯泡L1发光,但小灯泡L2不发光,电流表在A、C两处都有示数且示数相同,则故障的原因是小灯泡L2处发生　　　　;他解决了这个问题后,小灯泡L1和L2都发光,则电流表在C处的示数将　　　　(选填“不变”“变大”或“变小”)。
(6)利用(3)中得出的结论,判断:在如图3所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S后,下列说法正确的是　　　　。
A.A1没有示数,A2有示数
B.再闭合开关S1,A1的示数大于A2的示数
C.再闭合开关S1,A1的示数变大,A2示数不变
D.再闭合开关S1,A1的示数变大,A2示数变小
实验二　探究串、并联电路中电压的规律
实验电路图
甲　
乙
实验器材
电源、开关、导线、电压表、小灯泡。
实验注意事项
(1)实验前电压表要　　　　。
(2)连接或拆装电路时开关必须　　　　。
(3)连接电压表时应使电流“　　 　　　”。
实验操作
(1)根据电路图连接实物图,连接时开关必须　　　　。
(2)用电压表分别测出小灯泡L1、L2和电源两端的电压,并记录在下表中。然后更换　　　　规格的小灯泡再进行两次实验。
实验数据
实验 次数 L1两端的 电压/V L2两端 的电压/V 串联总 电压/V
1
2
3
实验结论
电压规律:串联电路中电源两端的电压　　　　各用电器两端的电压之和,即U=U1+U2+……并联电路中电源两端的电压与各支路用电器两端的电压　　　　,即U=U1=U2=……
交流与反思
(1)电压表的使用
①指针反偏:　　　　　　　　　　;
②指针偏转角度太小:量程选择　　　　,更换　　　　量程;
③指针偏转角度太大:量程选择　　　　,更换　　　　量程。
(2)图甲中,在测小灯泡L1两端电压时,闭合开关后,发现电压表示数为零,原因可能是　　　　　。(填出一种即可)
(3)图甲中,小刚正确测出了小灯泡L1两端的电压后,保持电压表的B连接点不动,只断开A连接点,并改接到C连接点上,测量小灯泡L2两端的电压。他能否测出小灯泡L2两端电压 　　　　,理由是　　　　　　　。
(4)图甲中,小刚分别测出AB、BC、AC间的电压并记录在如下表格中,分析实验数据得出结论:串联电路的总电压等于各部分电路两端电压之和。请对小刚的做法进行评价:　　　　　　　　　　　　,改进方法是　
　 。
UAB/V UBC/V UAC/V
2.4 1.4 3.8
小明和小红用如图甲所示电路探究“串联电路电压的规律”,用新干电池作为电源。
甲　
　
乙
(1)接线时,开关应处于　　　　(选填“断开”或“闭合”)状态;小明检查电路时发现　　　　(选填“电池”“开关”或“灯座”)安装错误。
(2)正确安装后,闭合开关,两灯均不发光,小明用电压表试接A、B接线柱,发现指针偏转情况如图乙所示,则可判断　　　　发生了断路。
(3)排除故障后,小明选用两只小灯泡,只通过增加电池进行多次实验;小红仅更换小灯泡进行多次实验。他们将电压表接在不同位置进行测量,实验记录如下表。小明认为:误差允许范围内,串联电路中各用电器两端电压相等且电压之和等于电源电压。小红认为:串联电路中各用电器两端电压之和等于电源电压。请判断谁的观点更具普遍性并说明理由:
　 。
小明实验记录:
实验次数 UAB/V UCD/V UEF/V
1 0.7 0.7 1.4
2 1.4 1.4 2.9
3 2.1 2.1 4.3
小红实验记录:
实验次数 UAB/V UCD/V UAD/V
4 1.8 0.9 2.7
5 1.4 1.4 2.8
6 1.1 1.7 2.8
(4)对比两表,从小明的第　　　　次实验记录发现,两人使用的电池数量相同,测得的电源电压却不相等。请你分析:两人所测电源电压的差值对应电路中哪些部分的电压 　　　　　　　(用图中字母表示)。
【补充设问】
(5)另一实验小组的小华同学在连完最后一根导线时,就发现灯泡立即亮了,造成这一现象的原因是　。
(6)课下,小明想设计一个如图丙所示的电路图,他将单刀双掷开关S拨到a端时测量灯泡L1两端的电压;S拨到b端时测灯泡L2两端的电压。评价一下小明的设计:

　 。
丙
实验三　探究影响电阻大小的因素
实验装置图
实验器材
开关、电源、带鳄鱼夹的导线、规格不同的镍铬合金丝、锰铜合金丝、小灯泡、　　　　等。
实验注意事项
(1)实验前电流表要　　　　。
(2)连接或拆装电路时开关必须　　　　。
实验方法
(1)转换法:通过　　　　的示数或　　　　　　　　　来反映导体电阻的大小。
(2)控制变量法的应用
①探究导体电阻与导体材料的关系:选取　　　　　　　　　均相同的不同材料制成的导体。
②探究导体电阻与导体长度的关系:选取同种材料制成的横截面积相同、长度　　　　的导体。
③探究导体与电阻的横截面积的关系:选取同种材料制成的长度相同、　　　　　　不同的导体。
④探究导体电阻与导体温度的关系:对同一导体进行加热。
实验结论
导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小与导体的材料、　　　　、　　　　　　和温度等因素　　　　。材料、横截面积均相同的导体,长度越长,电阻越大;材料、长度均相同的导体,横截面积越　　　　,电阻越大;长度、横截面积均相同,材料不同的导体,电阻大小不同。
交流与反思
(1)多次测量的目的:　。
(2)如图所示,闭合开关后,小灯泡发光;用酒精灯对电阻丝加热,灯泡变　　　　,甚至不发光。导体的电阻大小与导体温度　　　　。
(3)为了使电路更安全地工作,可在电路中串联一个　　　　　　　,且在开关闭合前将滑动变阻器的滑片移动到阻值　　　　处。
“探究影响导体电阻大小的因素”的实验装置如图所示,在实验中使用四根电阻丝,其材料规格如下表所示。
编号 材料 长度/m 横截面 积/mm2 灯泡亮度
A 锰铜合金 0.5 0.8 亮
B 镍铬合金 0.5 0.8 较亮
C 镍铬合金 0.5 0.4 较暗
D 镍铬合金 1.0 0.4 暗
(1)实验中通过观察　　　　　　　比较电阻丝电阻的大小。
(2)实验中采用的研究方法是　　　　　　和转换法。
(3)分别将编号为　　　　的电阻丝接入电路进行实验,可得出结论:导体的电阻大小与导体的材料有关。
(4)分别将编号为B、C的电阻丝接入电路进行实验,可得出结论:导体的电阻大小与导体的
　　　　　　有关。
(5)分别将编号为C、D的电阻丝接入电路进行实验,其得到的实验结论被实际应用到了　　　　
的工作原理中。
A.电压表　　 B.电流表　　 C.滑动变阻器
(6)实验过程中某小组同学更换电阻丝后发现小灯泡亮度变化不明显,可用　　　　代替小灯泡完成实验。
命题点　探究串、并联电路中的电压特点
(2024·河北节选)在“探究串联电路电压的特点”实验中,小明设计了图1所示的电路。其中R0为定值电阻,R为滑动变阻器,L为小灯泡。
图1　　图2
图3　　图4
(1)根据图1所示的电路图用笔画线代替导线,将图2所示的实物图补充完整。
(2)连接好电路后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片至某一位置,记录电流表的示数;选择合适的量程,用电压表分别测出a与b、b与c、c与d、a与c、b与d、a与d间的电压,这些数据记录如表所示。改变滑动变阻器滑片的位置,在保证电路安全的情况下再做几次实验。读取数据①时电压表的示数如图3所示,示数为　　　　　V。
数据 序号 电流/ A Uab/ V Ubc/ V Ucd/ V Uac/ V Ubd/ V Uad/ V
1 0.20 1.0 2.5 1.0 3.5 3.5 4.5
2 0.24 ① 1.5 1.2 ② 2.7 4.5
3 0.30 2.5 0.5 ③ 3.0 2.0 4.5
…
(3)根据数据可知R0的阻值为　　　　　Ω。
(4)根据第1组的实验数据可初步得出结论:串联电路中,总电压等于这部分电路中的各用电器两端电压之和。再做几次实验的目的是　　　　　　　。
(5)读取数据　　　　　(选填“②”或“③”)时,电压表指针没有对准刻度线。
(6)根据表中的实验数据,写出一条你还能发现的规律:　　　　　　　　　　　。
(2021·河北节选)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R1=2 Ω,R2=4 Ω,R3=5 Ω,R4=10 Ω,电源电压可调。
(1)请根据图1所示的电路图用笔画线代替导线将图2所示的实物图补充完整。(此时电源电压为3 V)
图1
　图2图3
(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R2两端,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.R1处短路　B.R2处断路　C.电流表处短路
(3)排除故障后,继续实验。在实验中,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,收集的数据如下表。
I/A UAB/V UBC/V UAC/V
1 R1与R2串联 0.5 1 2 3
2 R2与R3串联 0.2 0.8 1 1.8
3 R3与R4串联 0.3 1.5 3 4.5
4 R1与R4串联 1 5 6
①表格中第4次实验空格处的数据为　 。
②在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在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在探究串联电路中电压与电阻的关系时,分析表中数据可得其关系是
　 。
【详解答案】
教材考点·深度梳理
①原子核　②正　③负　④正　⑤负
⑥负　⑦正　⑧转移　⑨正　⑩负　
吸引　排斥　吸引　是否带电
同种电荷相互排斥　用电器
定向移动　I　正电荷　安培
A　103　106　103　103
串联　并联　正　负　量程
0.02　0.1　0.28　1　材料
长度　大　大　长度
教材图片·解读延伸
1.摩擦　排斥
2.摩擦　两片金属箔片上带了同种电荷
重点难点·提升训练
重难点一
例1.如图所示:
解析:根据图甲可知,该电路为串联电路,电压表测量R1两端的电压。
变式训练
1.如图所示:
解析:原图中电压表测电源电压,电压表应该测小灯泡两端的电压。
重难点二
例2.B　解析:由电路图知,灯泡和滑动变阻器串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量灯泡两端的电压。闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,发现灯突然熄灭,电流表和电压表均无示数,说明电路中出现了断路,而电压表测的是小灯泡两端的电压,当小灯泡断路时,电压表的正、负接线柱与电源两极相连,此时电压表测的是电源电压,电压表会有示数,所以不可能是小灯泡断路;电流表断路、滑动变阻器断路、开关S接触不良时,电路中没有电流流过,此时小灯泡不亮,电流表和电压表均无示数,是可能的情况,故B符合题意,A、C、D不符合题意。
变式训练
2.A　解析:由题图可知,该电路为串联电路,电压表测量小灯泡L1两端的电压,电流表测量电路中的电流;过了一会,突然有一个小灯泡熄灭,另一个小灯泡发光,这说明电路出现了短路故障,电路中有电流,电流表有示数,所以电压表无示数,则故障是与电压表并联的小灯泡L1短路了,故选A。
重点实验·完全突破
实验一
3.(1)调零　(2)断开
4.(1)断开　(2)不同　
6.IA=IB=IC=……
IC=IA+IB+……
7.(1)①正、负接线柱接反了　②太大　小
③太小　大
(2)得出普遍性的结论　(3)错误
即时演练
(1)不相同　断开　
(2)C　电流表量程选择过大　换接电流表小量程
(3)IC=IA+IB　(4)CD　
(5)断路　变大　(6)B
解析:(1)为得出普遍结论,避免实验的偶然性,实验时应采用不同规格的灯泡进行实验;为了保证安全,连接电路时开关应该处于断开状态。(2)图1中的C处在电路的干路上,所以若要测量干路电流,他应将电流表接入图1中的C处;图2所示指针偏转角度太小,是因为选用的电流表量程太大了,为了使测量结果准确,他应该断开开关,换接电流表的小量程,重新进行实验。(3)分析表中数据发现干路电流等于各支路电流之和,由此得出的结论为IC=IA+IB。(4)误差不能避免,只能减小,故A错误;分析多组数据,是为了避免实验的偶然性,得出普遍结论,故B错误;为避免实验的偶然性,使得出的结论具有普遍性,应换用不同规格的灯泡进行多次实验,故C正确;第4组数据与第2、3组数据对比会发现,通过丙和丁的电流都分别增大了0.04 A,如果让第4组数据都减去0.04 A,则会发现IA+IB=IC,所以偏差可能是电流表指针未调零所致,故D正确。(5)闭合开关后,发现小灯泡L1发光,电流表有示数,则小灯泡L1所在支路和干路均为通路,小灯泡L2不发光,则故障的原因可能是小灯泡L2断路;他解决了这个问题后,小灯泡L1和L2都发光,由并联电路的电流特点可知,此时通过干路的电流变大,因此通过C处的电流变大。(6)闭合开关S后,只有小灯泡L1接入电路中,电流表A1测通过小灯泡L1的电流,故电流表A1有示数,电流表A2没有示数,再闭合开关S1,小灯泡L1和L2并联,电流表A1测干路电流,示数变大,电流表A2测通过小灯泡L2的电流,示数变大,且电流表A1的示数大于A2的示数,故只有B正确。
实验二
3.(1)调零　(2)断开　(3)正进负出
4.(1)断开　(2)不同
6.等于　相等
7.(1)①正、负接线柱接反了　②太大　小
③太小　大
(2)L2断路(或L1短路)　
(3)不能　正、负接线柱接反　
(4)一次实验具有偶然性　更换规格不同的小灯泡进行多次实验
即时演练
(1)断开　电池　(2)灯L1
(3)小红的结论更具普遍性,因为小红选用规格不同的灯泡进行了多次实验
(4)2　DF、EA
(5)连接电路时,开关没有断开
(6)这样的操作会造成电压表正、负接线柱接反,测不出灯泡L2两端的电压
解析:(1)在连接电路过程中,为保护电路,开关应处于断开状态;电池不能正极对正极,故电池安装错误。(2)实验中若发现电压表指针偏转情况如图乙所示,电压表指针已经满偏为3 V,与电源电压相等,说明电压表与电源两极连通,电压表所测部分断路,即灯L1断路。(3)小红的结论更具普遍性,因为小红选用规格不相同的灯泡进行了多次实验。(4)每节新干电池的电压为1.5 V,结合表格数据发现小红实验中电源电压与2节新干电池电压接近,小明的第2次实验中电压2.9 V与2节新干电池电压接近;串联电路中各用电器两端电压之和等于电源电压,实际情况下导线电阻虽然较小但不为0,导线两端也有一部分电压,由表中信息可知小明测电源电压时将电压表接在E、F两接线柱,小红测电源电压时将电压表接在A、D两接线柱,结合图甲可知,两人所测电源电压的差值对应电路中导线DF、EA两端的电压。(5)为了保护电路,在连接电路过程中,开关应断开,而题中在连接完最后一根导线时,灯泡立即亮了,出现这种现象的原因是连接电路时,开关没有断开。(6)电压表在使用时要并联在被测电路两端,且要求电流从正接线柱流入,负接线柱流出。题中将单刀双掷开关S拨到a端测量灯泡L1两端的电压时,电流从电压表下端流入,上端流出,而当S拨到b端测灯泡L2两端的电压时,会造成电流从电压表上端流入,下端流出,这样的操作会造成电压表正、负接线柱接反,测不出灯泡L2两端的电压。
实验三
2.电流表
3.(1)调零　(2)断开
4.(1)电流表　小灯泡的亮度　
(2)①长度和横截面积　②不同
③横截面积
5.长度　横截面积　有关　小
6.(1)使实验结论具有普遍性
(2)暗　有关　(3)滑动变阻器　最大
即时演练
(1)灯泡的亮度　(2)控制变量法　
(3)A、B　(4)横截面积　(5)C　
(6)电流表
解析:(1)在实验中,电阻的大小是通过灯泡的亮度来体现的,灯泡的亮度越暗,说明电阻越大。(2)导体电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积及温度有关,因此要研究电阻大小与每一个因素的具体关系时,要用到控制变量法;通过灯泡的亮度来体现电阻的大小,这是用到转换法,故本实验中采用的研究方法有控制变量法和转换法。(3)不考虑温度的前提下,要研究导体的电阻大小与导体材料的关系,需使导体的长度和横截面积相同,故选用编号为A、B的两根电阻丝。(4)编号为B、C的两根电阻丝,材料、长度都相同,横截面积不同,将它们分别接入电路中,灯泡的发光情况不同,故可以得出结论:导体的电阻大小与导体的横截面积有关。(5)编号为C、D的两根电阻丝,材料、横截面积都相同,长度不同,把它们分别接入电路中,灯泡的发光情况不同,且接编号为D的电阻丝时比接编号为C的电阻丝时灯泡亮度要暗,相当于改变电阻丝接入电路中的长度来改变接入电路中电阻的大小,与滑动变阻器的工作原理相同,C符合题意。(6)更换电阻丝后,小灯泡的亮度变化不明显,说明电路中的电流变化较小,由于电流表能精确测量电路中的电流大小,故可以用电流表代替小灯泡,通过观察电流表示数的大小,来判断接入电路中电阻丝阻值的大小。
河北中考·真题体验
1.(1)如图所示:
(2)1.8　(3)5　(4)寻找普遍规律　(5)②　(6)电阻一定时,通过导体的电流与导体两端电压成正比
解析:(1)按电路图连接实物;(2)由题图3可知,电压表用的小量程,分度值为0.1 V,故示数为1.8 V;(3)根据数据可知R0的阻值为R0===5 Ω;(4)探究串联电路电压的特点实验,多次实验的目的是寻找普遍规律;(5)分析表格中的数据,数据②的大小为Uac2=Uad2-Ucd2=4.5 V-1.2 V=3.3 V,此时电压表用的大量程,分度值为0.5 V,则读取3.3 V电压值时电压表的指针没有对准刻度线;(6)分析表格中的数据,观察R0两端电压与电流可知,电阻一定时,通过导体的电流与导体两端电压成正比。
2.(1)如图所示:
(2)B　
(3)①0.5　②串联电路两端电压等于各部分电路两端电压之和　③串联电路的总电阻等于各分电阻之和　④在串联电路中,各部分电路两端的电压之比等于各部分电路的电阻之比
解析:(1)已知电源电压为3 V,当R1、R2串联接入电路时,电路中的总电阻最小,则此时电路中的电流最大,为I===0.5 A<0.6 A,所以电流表选用的量程为0~0.6 A。电流表要串联接入电路,且电流要“正入负出”。(2)电路连接完成后,电压表测R1两端的电压,闭合开关S,发现电压表、电流表均无示数,说明电路中存在断路;将电压表并联在R2两端,电压表测R2两端电压,闭合开关S,发现电压表有示数、电流表无示数,说明电压表所在电路是通路,与电压表并联的这部分电路存在断路,则电路中一定存在的故障是R2处断路,B正确。(3)①当R1、R4串联接入电路时,通过它们的电流相等,为I=I4===0.5 A。②在探究串联电路中电压的关系时,分析表中数据可以发现:UAC=UAB+UBC,则可得出结论:串联电路两端电压等于各部分电路两端电压之和。③在探究串联电路中电阻的关系时,分析表中数据可以发现:RAC=RAB+RBC,则可得出结论:串联电路的总电阻等于各分电阻之和。④在串联电路中,通过电路的电流为I=,则可得。将表格中数据代入上式后,可以确认关系成立。故可得出结论:在串联电路中,各部分电路两端的电压之比等于各部分电路的电阻之比。第十九章　电与磁
2022课程标准
通过实验,认识磁场,知道地磁场。
通过实验,了解电流周围存在磁场,探究并了解通电螺线管外部磁场的方向,了解电磁铁在生产生活中的应用。
通过实验,了解通电导线在磁场中会受到力的作用,知道力的方向与哪些因素有关。
探究并了解导体在磁场中运动时产生感应电流的条件,了解电磁感应在生产生活中的应用。
考点一　磁现象
磁性:能够吸引①　　　　　等物体的性质。
磁极:磁体上磁性②　　　　的两个位置;能够自由转动的磁体,静止时指南的那个磁极叫做③　　　　(S)极,指北的那个磁极叫做④　　　　(N)极。
磁极间相互作用:同名磁极相互⑤　　　　,异名磁极相互⑥　　　　。
(1)一个磁体有且只有两个磁极。
(2)物体与磁体相互排斥,该物体一定具有磁性;物体与磁体相互吸引,该物体不一定具有磁性。
磁化:原来没有磁性的物体在磁体或电流的作用下获得⑦　　　　的现象。
考点二　磁场
定义:磁体周围存在着一种物质,能使磁针⑧　　　　,这种物质看不见、摸不着,叫做磁场。
基本性质:对放入其中的磁体产生⑨　　　的作用,磁极间的相互作用是通过⑩　　　发生的。
方向规定:在磁场中某点的小磁针静止时　　　　所指的方向规定为该点的磁场方向。
磁感线:用来描述磁场的分布情况,实际并不存在;在磁体周围,磁感线从　　　极出发回到　　　极,在磁体内部,磁感线从　　　极出发回到　　　极。
磁感线有疏密,磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。
地磁场:地球周围存在的磁场,地磁南极在地理　　　　极附近,地磁北极在地理　　　　极附近。地理的两极和地磁场的两极并不重合,最早由我国宋代的学者　　　　记述。
考点三　电生磁
电流的磁效应:通电导线周围存在与　　　　　　有关的磁场。丹麦物理学家　　　　最早发现了电与磁的联系。
通电螺线管的磁场:通电螺线管周围的磁场跟　　　　　　的磁场相似,它的两端相当于条形磁体的两个磁极。
安培定则:用　　　　握螺线管,让四指指向螺线管中　　　　的方向,则大拇指所指的那端就是螺线管的　　　　极。
电磁铁及其应用
(1)结构:内部插有铁芯的通电螺线管。磁性有无可以通过　　　　的有无来控制。
(2)电磁铁磁性强弱的影响因素:匝数一定时,通过的　　　　越大,磁性越强;电流一定时,　　　　　　越多,磁性越强。探究的方法为　　　　法和　　　　法(电磁铁磁性的强弱可通过吸引铁钉的多少来判断)。
(3)极性:磁极方向可以由　　　　方向来控制。
电磁继电器:利用低电压、弱电流控制　　　　　、　　　　　工作电路。实质是利用电磁铁来控制工作电路的一种　　　　。
磁场对通电导线的作用:通电导线在磁场中要受到　　　　的作用,力的方向与　　　　的方向和　　　　的方向有关。
考点四　磁生电
电磁感应现象:　　　　电路中的　　　　导体在磁场中做　　　　　　　运动时,导体中产生　　　　的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流。
感应电流产生的条件
(1)　　　　电路。
(2)导体做　　　　　　运动。
影响感应电流方向的因素
(1)　　　　的方向。
(2)　　　　　的方向。
发电机和电动机
发电机 电动机
原理
示意 图
能的 转化 　　　　能转化为　　　能 　　　能转化为　　　　能
实质 电源 用电器
区分 关键 电路中无电源 电路中有电源
应用 动圈式话筒 扬声器
(人教九全图20.1-10) 命题点:地磁场 小明同学用硬纸板和大头针制作底座,把两个缝衣针磁化后,穿过纽扣的两个孔,放在底座的针尖上,就制成了一个如图所示的指南针。该指南针静止后,针尖指北方,则针尖是指南针的　　　(选填“N”或“S”)极,指南针能够指南方,说明地球周围存在着　　　　。
甲　通电 乙　断电 丙　改变电
　　流方向 (人教九全图20.2-1) 命题点:电流的磁效应 如图为奥斯特曾经做过的实验。观察比较甲、乙两图,可得出的结论是　　　　　　　　　　　　　,观察比较甲、丙两图,可得出的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(人教九全图20.4-1) (教科九上图8-2-2) 命题点:磁场对通电导线的作用 如图,将闭合电路的一部分导体放入磁场中,闭合开关,发现通电导体运动,说明　　　　　　　　　　　　　　　　;通电导体运动的方向与　　　　方向和　　　　方向有关。
(人教九全图20.4-9) 命题点:扬声器的工作原理 扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置,如图为扬声器构造示意图。当线圈中通过变化的电流时,线圈受到　　　　力的作用,从而带动与线圈相连的纸盆　　　　,于是扬声器就发出了声音。
(人教九全图20.5-1) (教科九上图8-1-2) 命题点:发电机 如图,悬挂于磁体N、S极之间的铜棒A、B两端通过导线连接到电流表上,使铜棒AB在磁体中沿不同的方向运动,发现导体在磁场中做　　　　　　　运动时,会产生感应电流;感应电流的方向与　　　　的方向和　　　　　　　　　　的方向有关,　　　　就是根据此原理制成的。
(人教九全图20.5-11) 命题点:动圈式话筒的工作原理 如图为动圈式话筒的构造示意图。当人对着话筒说话时,声音使膜片振动,与膜片相连的线圈在磁场中运动,产生随声音变化而变化的　　　　,经放大后通过扬声器还原成声音。
重难点一　电与磁综合
(2024·邯郸邯山区一模)四个装置如图所示,以下关于它们的说法正确的是 (　　)
a　　 　　　b
c　　　d
A.图a,只要导体AB运动,闭合回路就会产生感应电流
B.图b,首先揭开这个奥秘的物理学家是奥斯特
C.图c,当滑片向右移动时,两个电磁铁都能吸引更多的大头针
D.图d,实验的能量转化是把机械能转化为电能
(2024·张家口模拟)如图为无线骨传导耳机,其发声元件为扬声器,由其发出的声音可以不经过人的外耳道而通过颅骨进行传播,从而使人听到声音。下列选项中能反映耳机的扬声器工作原理的是 (　　)
A　　 　　 B
C　　 　D
(1)闭合电路中有电源,即通电后线圈运动、转动、振动的,其原理与电动机一致(因电而动)。
(2)闭合电路中无电源,即线圈或导体做切割磁感线运动后,产生感应电流,其原理与发电机一致(因动而电)。
重难点二　安培定则的应用
(2024·河北模拟)如图所示,请根据通电螺线管上方小磁针静止时的指向,在虚线框内用箭头标出相应的电流方向。
如图所示,开关S闭合,根据通电螺线管周围的磁感线的分布判断直流电源的左端为　　　　
(选填“正极”或“负极”);弹簧测力计吊着铜块在通电螺线管的上方从右端水平匀速运动到左端的过程中,弹簧测力计示数　　　　　　　(选填“先变小后变大”“一直不变”或“先变大后变小”)。
实验一　探究通电螺线管外部的磁场分布
实验器材
电源、开关、导线、螺线管、铁屑、若干小磁针。
实验方法
(1)转换法:通过小磁针的　　　　方向判断通电螺线管周围的磁场方向。
(2)类比法:通过条形磁体外部的磁场分布了解通电螺线管外部的磁场分布。
实验操作
(1)在螺线管的两端各放一个小磁针,在硬纸板上均匀地撒满铁屑。
(2)通电后观察磁针指向,轻敲纸板,观察铁屑的排列情况。
(3)断开开关,将电源的正、负极对调,重复步骤(2)的操作。
实验结论
(1)通电螺线管周围磁场的分布与　　　　磁体相似。
(2)通电螺线管的磁场方向与通电螺线管线圈的　　　　方向有关。
交流与反思
利用　　　　　　判断通电螺线管的极性。
通电螺线管外部的磁场是怎样分布的,我们通过以下实验来进行探究:
甲　　　　乙
丙　　丁
(1)在硬纸板上放置一个螺线管,周围均匀地撒满铁屑,给螺线管通电后,铁屑被　　　　。轻敲纸板,观察铁屑的排列情况如图甲所示,图乙和图丙分别是蹄形磁体和条形磁体的磁场分布情况,对比分析可知通电螺线管外部的磁场分布与　　　　磁体的相似。
(2)我们要判断通电螺线管外部的磁场方向,需要借助　　　　　。
(3)根据前面的实验结果,把通电螺线管看成一个磁体,它的两极如图丁所示,为了进一步探究通电螺线管的极性与环绕螺线管的电流方向之间有什么关系,我们下一步要做的是　　　　　　　　　,观察　　　　　　　。
【补充设问】
(4)在图甲所示的实验中,若电源和螺线管的绕线不能改变,则为了增强螺线管的磁场,使小磁针的偏转更明显,可以采取的措施是　　　　　　　　　　　　　。
(5)在图丁中,改变电流方向,则该通电螺线管的左端为　　　极。
实验二　探究什么情况下磁可以生电
实验装置图
实验器材
蹄形磁体、导体、　　　　　　、开关、导线若干。
实验方法
(1)转换法:通过观察　　　　　　　　　　　　　　　判断是否产生感应电流。
(2)控制变量法:探究电流方向与磁场方向的关系时要控制导体运动方向不变,改变　　　　　　;探究电流方向与导体运动方向的关系时要控制磁场方向不变,改变　　　　　　　　。
实验结论
(1)产生感应电流的条件:　　　　电路的一部分导体在磁场中做　　　　　　　的运动时,导体中就产生感应电流。
(2)感应电流的方向与　　　　方向、　　　　　　　　　　　方向有关,当其中的一个因素发生变化时,感应电流方向改变,当两个因素同时发生变化时,感应电流方向　　　　。
交流与反思
(1)实验中,　　　　　转化为了电能。
(2)如图所示的实验装置,将电流表换成　　　　进行触接,还可以探究电动机的工作原理。
(3)当感应电流较小时采用的措施:换磁性更　　　　的蹄形磁体;把导线换成　　　　等。
(4)如果想进一步探究感应电流的大小与导体运动的快慢是否有关,则应保持其他条件不变,只改变　　　　　　　　　,观察　　　　　　　　　　　　　　得出结论。
(5)电磁感应现象在生活中的应用:　　　　、　　　　　　　。
某同学用如图所示的装置研究电磁感应现象。
甲　　乙
(1)如图甲所示,保持蹄形磁体竖直放置,使导体AB从图示位置向上运动,电路中　　　(选填“无”或“有”)感应电流。
(2)如图乙所示,保持线圈不动,使蹄形磁体快速向左运动,电流表指针　　　　(选填“不会”或“会”)偏转。
(3)利用电磁感应原理工作的装置有　　　　　　(选填“电铃”“扬声器”“电磁起重机”或“动圈式话筒”)。
【补充设问】
(4)实验现象1:图甲中:①保持蹄形磁体位置不动,让导体AB在磁场中静止、向左或向右运动,电流表的指针均不发生偏转;②导体AB竖直向上或向下运动,电流表的指针发生偏转;③保持导体AB不动,让蹄形磁体竖直向上或向下运动,电流表的指针发生偏转。
实验结论:闭合电路的一部分导体在磁场中做　　　　　　运动时,导体中就会产生感应电流。
(5)实验现象2:图甲中:①保持磁场方向不变,导体AB向下运动时,电流表指针向右偏转;导体AB向上运动时,电流表指针向左偏转;②对调磁体两极的位置,使磁场方向发生改变,导体AB向下运动时,电流表指针向左偏转,导体AB向上运动时,电流表指针向右偏转。
实验结论:感应电流的方向与　　　　　　　　　　　　　　　　　有关。
(6)图乙中,当线圈水平向右运动时,电流表指针向右偏转,为使电流表指针向左偏转,可以如何操作 请说出两种方法:　　　　　　　　　　;　　　　　　　　　　。
(7)在如图甲所示的实验装置中,将电流表换成　　　　进行触接,还可以探究电动机的工作原理。
(8)该实验过程中的能量转化情况是　　　　　　　　　　　　。
命题点一　磁现象　磁场
(2021·河北)指南针能够指南北,是因为指南针受到了　　　　　的作用。
命题点二　电磁现象辨析
(2024·河北改编)对如图所示的实验或装置,分析不正确的是 (　　)
甲　　乙
丙　　丁
A.甲:动圈式话筒的工作原理是“磁生电”
B.乙:只有铁屑分布较多的地方才有磁场
C.丙:接通电源,导体ab会受到磁场的作用力
D.丁:根据电流方向,可判定螺线管的上端为N极
(2020·河北改编)关于电与磁,下列说法正确的是 (　　)
A.奥斯特实验表明通电导体周围存在磁场
B.磁场看不见、摸不着,所以它是不存在的
C.改变通过电磁铁的电流方向可以改变电磁铁磁性的强弱
D.闭合电路的部分导体在磁场中运动时,电路中就会产生感应电流
(2019·河北)在如图所示的四个装置中,工作原理与发电机相同的是 (　　)
A.电磁起重机　 　 　B.司南
C.动圈式话筒 　 D.扬声器
命题点三　探究通电螺线管外部的磁场分布
(2023·河北)如图所示,用甲装置探究通电螺线管外部的磁场分布,用乙装置探究电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关。下列说法正确的是 (　　)
甲　　乙
A.通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似
B.改变通电螺线管中电流方向,小磁针N极指向不变
C.匝数一定时,通入的电流越小,电磁铁的磁性越强
D.电流一定时,减少铁钉上线圈的匝数,电磁铁的磁性强弱不变
命题点四　电磁感应实验
(2021·河北)如图所示是探究电磁感应的实验装置。关于电磁感应现象,下列说法正确的是 (　　)
A.奥斯特发现了电磁感应现象
B.利用电磁感应现象制作了电动机
C.导线在磁场中沿不同方向运动,导线中都会有感应电流产生
D.如果磁感线和切割磁感线方向都变得相反,导线中感应电流的方向不发生改变
(2022·河北)如图是小明做“探究什么情况下磁可以生电”的实验装置。
甲
①导体AB水平向右运动
　②导体AB竖直向上运动
　③导体AB斜向上运动
④磁体水平向左运动　　
　⑤磁体竖直向上运动乙
(1)实验时,小明通过观察　　　　　　　　　　　　来判断电路中是否产生感应电流。
(2)小明进行了如图乙所示的5次操作,其中能产生感应电流的是　　　　(选填所有符合要求的操作序号)。
(3)完成实验后,小明认为实验现象不太明显,请你提出一条改进措施:　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)利用“磁生电”工作的装置有　　　　　　　(选填“电铃”“扬声器”“动圈式话筒”或“电磁起重机”)。
【详解答案】
教材考点·深度梳理
①铁、钴、镍　②最强　③南　④北　
⑤排斥　⑥吸引　⑦磁性　⑧偏转
⑨力　⑩磁场　北极　N　S
S　N　北　南　沈括
电流方向　奥斯特　条形磁体
右手　电流　N　电流
电流　线圈匝数　控制变量
转换　电流　高电压　强电流
开关　力　电流　磁场
闭合　一部分　切割磁感线
电流　闭合　切割磁感线
磁场　导体运动　电磁感应现象
磁场对通电导线有力的作用　
机械　电　电　机械
教材图片·解读延伸
1.N　磁场
2.通电导体周围存在着磁场　电流产生的磁场的方向与电流方向有关
3.通电导体在磁场中受到力的作用　电流
磁场
4.磁场　振动
5.切割磁感线　磁场　导体切割磁感线　发电机
6.电流
重点难点·提升训练
重难点一
例1.B　解析:图a没有电池,是验证电磁感应现象的实验,闭合回路中的导体在磁场中做切割磁感线运动才能产生感应电流,故A错误;图b验证了通电导体周围存在磁场,这是奥斯特的实验,说明了电流的磁效应,故B正确;图c中当滑片向右移动时,电路中的电阻增大,电流减小,两个电磁铁的磁性都会减弱,吸引的大头针会减少,故C错误;图d有电池,可以做验证通电导体在磁场中受力的实验,利用此装置原理制造了电动机,是把电能转化为机械能,故D错误。
变式训练
1.D　解析:扬声器的原理是磁场对通电导体有力的作用。A是奥斯特实验,证明了通电导线周围存在磁场;B是探究电磁铁磁性强弱影响因素的实验装置;C是电磁感应现象实验装置原理图;D是探究磁场对通电导体有力的作用的实验装置,故选D。
重难点二
例2.如图所示:
解析:小磁针静止时,N极向左,因同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,故可知螺线管左侧为S极,右侧为N极,则由安培定则可知电流由左侧流入,即虚线框内电流方向应向下。
变式训练
2.负极　一直不变　解析:根据安培定则,伸出右手,使右手大拇指指示通电螺线管的N极(左端),则四指弯曲所指的方向为电流的方向,即电流是从螺线管的右端流入,左端流出的,所以电源的左端为负极,右端为正极;磁性材料是指铁、钴、镍等物质,铜不是磁性材料,不能与通电螺线管周围的磁场发生力的作用,故弹簧测力计吊着铜块在通电螺线管的上方从右端水平匀速运动到左端的过程中,弹簧测力计示数一直不变。
重点实验·完全突破
实验一
2.(1)偏转　4.(1)条形　(2)电流
5.安培定则
即时演练
(1)磁化　条形　(2)小磁针
(3)改变电流方向　小磁针的指向
(4)在螺线管内插入一根铁棒　(5)S
解析:(1)铁屑在磁场容易被磁化,故可以用铁屑来反映通电螺线管周围的磁场分布,比较图乙和图丙分析可得通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体的相似。(2)铁屑只能反映磁场的强弱分布,无法反映磁场的方向,而小磁针在磁场中静止时N极的指向就是磁场的方向。(3)环绕螺线管的电流方向改变,螺线管的极性就发生变化,小磁针的指向也发生变化。(4)通电螺线管磁性的强弱与电流的大小、线圈的匝数及是否有铁芯插入有关,所以为了使通电螺线管的磁场增强,可以在螺线管中插入一根铁棒。(5)只改变螺线管中的电流方向,螺线管的极性发生了变化,即可确定螺线管的左端为S极。
实验二
2.电流表
3.(1)电流表的指针是否偏转
(2)磁场方向　导体运动方向
4.(1)闭合　切割磁感线
(2)磁场　导体切割磁感线运动　不变
5.(1)机械能　(2)电源　(3)强　线圈
(4)导体运动的速度　电流表指针偏转的幅度
(5)发电机　动圈式话筒
即时演练
(1)有　(2)会　(3)动圈式话筒
(4)切割磁感线
(5)导体切割磁感线运动的方向及磁场方向
(6)线圈水平向左运动　对调磁体的两极
(7)电源　(8)机械能转化为电能
解析:(1)导体AB是闭合电路中的部分导体,其向上运动,切割磁感线,会产生感应电流。(2)由运动的相对性知,蹄形磁体快速向左运动,线圈相对于磁体快速向右运动,切割磁感线,会产生感应电流使电流表指针偏转。(3)动圈式话筒是利用电磁感应原理工作的,扬声器是利用通电导体在磁场中受力运动工作的,电铃、电磁起重机是利用电流的磁效应工作的。(4)蹄形磁体内侧的磁场的方向为水平方向,当导体AB在磁场中静止或左右运动时,没有切割磁感线,没有感应电流产生;当导体AB在磁场中沿竖直方向运动时,切割磁感线,有感应电流产生,故产生感应电流的条件是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。(5)由实验操作可知,当保持磁场方向不变,仅改变导体切割磁感线运动的方向时,产生的感应电流方向发生改变;仅改变磁场方向,导体切割磁感线运动的方向不变时,产生的感应电流方向发生改变。故感应电流的方向与导体切割磁感线运动的方向及磁场方向都有关。(7)换上电源后,导体中会有电流通过,导体在磁场中受力而运动,电动机就是利用了该原理。
河北中考·真题体验
1.地磁场　解析:指南针指南北方向,是由于受地磁场的作用,依据同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,指南针的 N极指向地磁的南极(即地理北极),指南针的S极指向地磁的北极(即地理南极)。
2.B　解析:动圈式话筒工作时把声信号转化为电信号,工作原理是电磁感应现象(磁生电),故A正确;磁场存在于磁体周围的空间,铁屑分布较多的地方磁场较强,铁屑分布较少的地方磁场较弱,故B不正确;导体ab在磁场中,接通电源后,通电导体ab在磁场中会受到力的作用,故C正确;电流从通电螺线管的上端流入,下端流出,根据安培定则可以判断通电螺线管的上端是N极,下端是S极,故D正确。
3.A　解析:奥斯特实验表明通电导体周围存在磁场,故A正确;磁场看不见,摸不着,但它是客观存在的,故B错误;改变通过电磁铁的电流方向可以改变电磁铁的磁极,故C错误;闭合电路的部分导体只有在磁场中做切割磁感线运动时,电路中才会产生感应电流,故D错误。
4.C　解析:发电机的工作原理是电磁感应现象。电磁起重机是利用电磁铁工作的,其原理是电流的磁效应,故A不符合题意;司南是天然的磁体,由于受地磁场的影响,磁体具有指南北的性质,故B不符合题意;动圈式话筒是利用闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动而产生交变电流的原理(即电磁感应现象)制成的,故C符合题意;扬声器把电信号转化为声信号,利用的是通电导体在磁场中受到力的作用的原理,故D不符合题意。
5.A　解析:通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似,磁场的方向与电流的方向有关,改变通电螺线管中电流方向,小磁针N极指向会发生改变,故A正确、B错误;匝数一定时,通入的电流越小,电磁铁的磁性越弱,电流一定时,减少铁钉上线圈的匝数,电磁铁的磁性变弱,故C、D错误。
6.D　解析:奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发现了电磁感应现象,故A错误;人们利用电磁感应现象制成了发电机,故B错误;导线在磁场中只有做切割磁感线运动时,导线中才会有感应电流产生,故C错误;感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向和磁场的方向有关,如果磁感线方向和切割磁感线的方向都变得相反,则导线中感应电流的方向不发生改变,故D正确。
7.(1)电流表的指针是否偏转　
(2)①③④
(3)换一个磁性更强的磁体(答案不唯一)
(4)动圈式话筒
解析:(1)实验时,通过观察电流表的指针是否偏转,来确定电路中是否产生感应电流,这用到了转换法。(2)①当导体AB水平向右运动时,会切割磁感线,产生感应电流;②当导体AB竖直向上运动时,不会切割磁感线,不会产生感应电流;③当导体AB斜向上运动时,会切割磁感线,产生感应电流;④当磁体水平向左运动时,导体AB会切割磁感线,产生感应电流;⑤当磁体竖直向上运动时,导体AB不会切割磁感线,不会产生感应电流。综合分析会产生感应电流的是①③④。(3)实验现象不太明显,说明感应电流太小,故需要增大感应电流。增大感应电流的方法:①换一个磁性更强的磁体;②加快导体AB切割磁感线的运动速度;③将导体AB换成多匝线圈。(4)扬声器是把电信号转化为声信号,利用的是通电导体在磁场中受力的原理;电铃、电磁起重机的主要部件是电磁铁,利用电流的磁效应;动圈式话筒是把声信号转变成电信号,声音使膜片振动带动线圈在磁场中振动,产生电流,是电磁感应原理。专项四　电路识别
类型一　电路连接方式识别
识别电路连接方式的三种方法
(1)电流流向法:让电流从电源正极开始,经过各用电器回到电源负极,若电路中电流只有一条路径,则各元件串联;若电路中有分流点和汇流点,则分流点和汇流点之间的各支路并联。
(2)拆除法:在电路中撤掉一个用电器,若其他用电器无法工作,则为串联电路,否则就是并联电路。
(3)节点法:若电路中某两点间没有电源、用电器,则这两个点可看成一个点,在此基础上进一步判断电路连接方式。
如图所示,电源电压恒定,两灯电阻不变,且不相等。下列说法正确的是 (　　)
A.当S2、S3闭合,S1断开时,只有灯L2亮
B.若断开S2,闭合S1、S3,L1与L2串联
C.若断开S1、S3,闭合S2,通过L1与L2的电流相等
D.当S1、S2、S3都闭合时,两灯均亮
类型二　电表测量对象识别
(1)电流流向法判断电表测量对象:电流表与谁在一条导线上测谁,电压表的正、负接线柱接在谁两端测谁。
(2)去电源法判断电压表测量对象:以电压表接在电路中的两个节点为分点,将两点间含有电源
的部分电路去掉,分析电压表与哪个用电器构成闭合回路,电压表就测哪个用电器两端的电压。
在如图所示的电路中,闭合开关S,滑动变阻器R和灯泡L的连接方式为　　　　。电流表A测量通过　　　　的电流,电流表A1测量通过　　　　的电流,电压表V测量　　　　两端的电压。
类型三　电表类型识别
(1)短路法:电流表内阻很小,相当于导线,电压表内阻很大,相当于断路,将可填电表的位置换成一根导线,若出现短路,则填电压表,否则填电流表。
(2)去表法:先假设将电表去掉,分析电路是否受影响,若其他元件不能正常工作,则去掉的是电流表,否则,去掉的是电压表。
(3)分析法:依据两电表的连接规则进行判断,即电流表串联在电路中,电压表并联在电路中。
如图所示,在电路中,若甲、乙两处分别接入电表,当开关闭合后,两灯均能正常发光,则甲处是　　　　表,乙处是　　　　表。
【详解答案】
1.C　解析:当S2、S3闭合,S1断开时,灯L2被短路,只有灯L1亮,故A错误;若断开S2,闭合S1、S3,L1与L2并联,故B错误;若断开S1、S3,闭合S2,该电路为L1和L2的串联电路,则通过L1与L2的电流相等,故C正确;当S1、S2、S3都闭合时,电源被短路,两灯均不亮,故D错误。
2.并联　干路　灯泡L　电源
解析:电路中有分流点与汇流点,故该电路为并联电路;电流表A串联在干路上,故测量通过干路的电流,电流表A1串联在灯泡L支路上,故测量通过灯泡L的电流,电压表V并联在电路中,测量电源电压。
3.电流　电压
解析:由图可知两灯泡要想正常工作,连接方式必须并联;乙处不能是电流表,否则会使灯泡L2短路,所以应是电压表;而甲处如果为电压表,则会造成灯泡L2断路,所以应是电流表。因此甲处为电流表,乙处为电压表。第十七章　电功率
2022课程标准
结合实例,了解电功和电功率,知道用电器的额定功率和实际功率。
从能量转化的角度认识电源和用电器的作用。
通过实验,了解焦耳定律,用焦耳定律说明生产生活中的有关现象。
考点一　电能　电功
电能:单位:国际单位①　　　　,常用单位②　　　　,1度=③　　　　kW·h=④　　　　J。
电能表的认识和使用
(1)作用:测量电路⑤　　　　　　　。
(2)参数的意义
220 V:额定电压为220 V。
10(20)A:标定电流为⑥　　　　A,额定最大电流为⑦　　　　A。
600 revs/(kW·h):每消耗⑧　　　　的电能,电能表转盘转600 r。
2 500 imp/(kW·h):每消耗⑨　　　　的电能,电能表指示灯闪2 500次。
(3)测量方法:电能表结束和起始时电能表上计数器的示数⑩　　　　即为这段时间内用电的度数;较小的电能可利用转盘转数计量,消耗的电能为W=　　　　　(n为某段时间内转盘转的转数,N为表上参数)。
电功
(1)定义:电能转化为其他形式能的过程,也可以说是电流　　　　的过程。
(2)通过用电器的电流做功的多少等于用电器消耗的电能。
(3)计算公式:W=Pt=　　　　(普遍适用)。
(4)推导公式:根据欧姆定律I=和电功公式W=UIt可推导出W=t=I2Rt(纯电阻电路适用)。
电功基本公式W=UIt中的四个量必须是同一导体在同一时刻的四个量。
考点二　电功率
电功率
(1)定义:物理学中把电流所做的功与所用时间之比叫做功率。
(2)公式:　　　　　。
(3)推导式:根据电功公式W=UIt可推导出P=　　　　,根据欧姆定律可推导出P==　　　　(纯电阻电路适用)。
常考电功率的估测:计算器的电功率约为0.5 mW;手电筒的电功率约为0.5 W;液晶电视机的电功率约为100 W;台式计算机的电功率约为200 W;电吹风机的电功率约为500 W;吸尘器的电功率约为800 W;家用空调、电热水壶的电功率约为1 000 W。
额定电压和额定功率
(1)额定电压:用电器　　　　　　时的电压。
(2)额定功率:用电器在　　　　　　下工作时的电功率。
(3)铭牌:灯泡“PZ220 V　40 W”指灯泡的　　　　　　为220 V,　　　　　　为40 W。
实际电压和实际功率
(1)实际电压:用电器　　　　　　时的电压。
(2)实际功率:用电器在　　　　　　下工作时的电功率。
(3)实际功率与额定功率对比
电压关系 功率关系 灯泡亮度
U实>U额 P实　　　P额 较亮
U实=U额 P实　　　P额 正常发光
U实(4)小灯泡的发光亮度由　　　　　　决定。
考点三　焦耳定律
焦耳定律
(1)内容:电流通过导体产生的热量跟　　　　　　　　成正比,跟　　　　　　　成正比,跟　　　　　　成正比。
(2)公式:Q=I2Rt(普遍适用)。
(3)导出公式:Q=W=Pt=UIt=t(纯电阻电路适用)。
电热的利用和防止
(1)利用:电暖器、电烙铁、电热毯、电热水壶、电饭锅、养鸡场的电热孵化器等。
(2)防止:有孔的电视机后盖、电脑的微型风扇等。
重难点　电能表的相关计算
(2024·迁安二模)小明家的电能表面板如图所示,图中电能表的示数为　　　　 kW·h,他家同时使用的用电器总功率不能超过　　　　　W,家里新添置一台空调并接入该电能表中,让其单独工作5 min,电能表的指示灯闪烁了320次,则该空调的实际电功率为　　　　　W。
(2024·石家庄模拟)小红家的电能表如图所示,此时读数为　　　　kW·h,若她把一个标有“220 V　1 200 W”的电热器单独接入电路正常工作6 min,电能表表盘旋转　　　　r。她家除电热器外还能同时使用的用电器的总功率为　　　　W。
利用电能表和停表测量电功率
实验一　测量小灯泡的电功率
实验电路图及实物图
实验器材
电源、导线、开关、小灯泡(额定电压2.5 V)、电流表、电压表、　　　　　　　。
实验原理
　　　　　　　　　　　。
实验操作
(1)将电压表和电流表指针调零,　　　　开关,按照电路图连接电路,将滑动变阻器的滑片移到阻值　　　　处。
(2)闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,使电压表示数依次为2.5 V、2 V和3 V,依次记下电压表示数U和对应的电流表示数I,分别将U、I记录在表格中。
(3)观察并比较三次小灯泡的发光情况,将现象记录在表格中。
次数 电压 U/V 电流 I/A 发光 情况 电功率 P/W
1 2.5 0.3 正常 0.75
2 2 0.28 较暗 0.56
3 3 0.34 较亮 1.02
实验结论
(1)当U实>U额时,P实　　　P额,灯泡　　　　。
(2)当U实=U额时,P实　　　P额,灯泡　　　　　　。
(3)当U实 交流与反思
(1)连接电路时,开关要　　　　,滑动变阻器的滑片要移至阻值最　　　　处,检查无误后,开关闭合前要先进行　　　　。
(2)滑动变阻器在电路中的作用:保护电路和改变　　　　两端的电压。
(3)测量小灯泡的额定功率时,移动滑动变阻器的滑片使电压表示数等于　　　　　　　　　　。
(4)量程的选择
①电压表的量程一般根据题中的电源电压或小灯泡的　　　　电压来判断;
②电流表的量程由I=　　　或I=　　　决定;
③滑动变阻器的规格选取利用R滑=　　　　决定。
(5)不能用多次测量求出的电功率的平均值作为小灯泡的额定功率的原因是
　 。
实验拓展:特殊情况下测小灯泡额定功率P额
(1)缺少电流表:电压表+定值电阻替代电流表。
①闭合S、S1,移动滑动变阻器的滑片,使电压表的读数为U额;
②断开S1,闭合S2,保持滑片位置不变,读出电压表的示数为U1;
③表达式:P额=U额。
(2)缺少电压表:电流表+定值电阻替代电压表。
①闭合S、S2,移动滑动变阻器的滑片,使电流表的读数为I0=;
②断开S2,闭合S1,保持滑片位置不变,读出电流表的示数为I1;
③表达式:P额=I1-U额。
小兵同学通过实验测量灯泡L1、L2的额定功率,L1、L2分别标有“2.5 V”和“3.8 V”字样,电源电压恒为6 V,电压表只有0~3 V的量程可以用。
图1　图2
图3
(1)如图1所示是小兵设计的测L1额定功率的实验电路图,请在图2中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接(要求滑片向A端移动,灯泡变亮)。
(2)连好电路后,按实验规范操作,先把滑动变阻器的滑片P移到　　　　(选填“A”或“B”)端,然后闭合开关S,小兵发现L1不发光,电流表有示数,电压表无示数,则电路的故障可能是 L1　　　　
(选填“断路”或“短路”)。
(3)排除故障后,按实验规范操作,刚闭合开关S时,电压表示数为1 V,电流表示数如图3所示,读数为　　　　A,滑动变阻器的最大阻值为　　　　Ω。调节滑片P得到表中的数据,L1的额定功率为　　　　W。
实验次数 1 2 3
电压/V 1.0 2.5 2.8
电流/A 0.30 0.32
(4)小兵在原电路中用L2替换L1开始测量L2的额定功率,按实验规范操作,刚闭合开关S时,电压表示数为1.5 V,接着小兵发现该电路无法完成测量,于是设计了一个新方案,把电压表改接到滑动变阻器两端,只需调节滑片P使电压表示数为　　　　V,L2就会正常发光。
(5)小兵根据新方案连好电路,按实验规范操作,刚闭合开关S时,发现电压表示数超过了量程,立即断开开关思考解决方法,请你对此说出一种合理的解决办法:
　 。
【补充设问】
(6)闭合开关小灯泡不亮,电流表和电压表的指针都有较小的偏转,则小灯泡不亮的原因是　　　　。
A.小灯泡烧坏
B.小灯泡短路
C.小灯泡的实际功率太小
(7)测量小灯泡正常发光时电流表的示数可以求得其额定功率,在实际测量中,电压表有示数时内部有微弱的电流通过,如果考虑这个微弱电流的影响,则所测小灯泡的额定功率偏　　　　(选填“大”或“小”)。
(8)小兵对数据分析后认为还可以得出通过灯泡的电流和灯泡两端电压成正比的结论,这种说法
　　　　(选填“正确”或“错误”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
(9)小兵打算只利用电压表来测量小灯泡的额定功率,用如图4所示的电路测量。闭合开关S、S1,移动滑片P使电压表的示数为U1。保持滑片P位置不动,只断开开关S1,闭合开关S2,记下电压表的示数为U2,则小灯泡的电功率为　　　　　。(用已知字母表示)
图4
实验二　探究电流产生的热量与哪些因素有关
实验装置图
实验器材
电源、U形管、电阻丝、密闭容器、停表等。
实验方法
(1)转换法的应用:利用U形管中　　　　　变化来反映电阻丝产生热量的多少。
(2)控制变量法的应用
①探究电流产生的热量与电阻的关系:控制通过电阻丝的电流和通电时间相同,选择两个电阻　　　　的电阻丝;
②探究电流产生的热量与电流的关系:控制电阻丝阻值和通电时间相同,改变通过两电阻丝的　　　　大小;
③探究电流产生的热量与通电时间的关系:控制电阻丝的阻值和通过电阻丝的电流相同,改变　　　　　　　　　。
实验操作
(1)探究电流产生的热量与电阻的关系时,如图1所示,将两个容器中的电阻丝　　　联起来接到电源两端,通过两电阻丝的电流　　　　,通电一段时间后,比较两个容器中U形管中液面的高度差。
图1　图2
图3
(2)探究电流产生的热量与电流的关系时,如图2所示,两个密闭容器中的电阻丝阻值都是5 Ω,在右侧容器的外部,将一个5 Ω的电阻与这个电阻　　　　联,因此通过左侧容器中电阻丝的电流　　　　通过右侧容器中电阻丝的电流。在通电时间相同时,观察两个U形管中液面的高度差。
(3)探究电流产生的热量与通电时间的关系时,如图3所示,将这套装置接到电源两端,在通电过程中,只观察与左边容器相通的U形管中的液面高度变化情况,发现随着通电时间越长,U形管中液面高度差　。
实验结论
(1)在电阻和通电时间相同的情况下,通过　　　　　　　　　,产生的热量越多。
(2)在电流和通电时间相同的情况下,　　　　　　,产生的热量越多。
(3)在电阻和通过导体的电流相同的情况下,　　　　　　　　,产生的热量越多。
交流与反思
(1)被加热的材料选用煤油或空气的原因:　　　　小,可以使实验现象更明显。
(2)在实验中发现U形管两侧液面高度不变,存在的原因可能是U形管气密性　　　　。
某学习小组在老师的指导下,探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。他们用的实验器材如图甲所示,两个透明容器中密封着等量空气,U形管中液面最初相平,两个密闭容器中都有一段电阻丝。
　　甲
乙
(1)请你用笔画线代替导线,把图甲中两个容器内的电阻丝连接到电路中。
(2)实验中通过观察液面高度差来比较电流通过导体产生热量的多少,这种方法叫　　　　　　　。
(3)接好电路,闭合开关,通电一段时间后,　　　(选填“左”或“右”)侧U形管中的液面高度差大,此实验现象表明,在通过导体的电流和通电时间均相同的情况下,　　　越大,所产生的热量越多。
(4)让两个密闭容器中的电阻丝阻值一样大,在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联。接入电路中,重新做这个实验。此时通过两容器中电阻丝的电流不同,在通电时间相同的情况下,观察U形管中液面高度差(如图乙所示),由此得到的结论是

　。
【补充设问】
(5)组装之前,U形管内注入适量红墨水,发现左、右侧液面　　　　,该U形管　　　　(选填“属于”或“不属于”)连通器。
(6)某学习小组发现通电一段时间后,其中一个U 形管中的液面高度几乎不变,发生此现象的原因可能是　　　　　　　　　　。
命题点一　动态电路的定性分析
(2024·河北改编)如图所示,电源电压为6 V。a、b为两个电表,其中一个为电流表,一个为电压表。R1=10 Ω,R2∶R3=2∶3。闭合开关S,电路总功率为P1,通过M点的电流为I1,a、b互换后再闭合开关,电路总功率为P2,通过M点的电流为I2。若P1∶P2=5∶6,I2-I1=0.1 A,下列说法正确的是(　　)
A.a为电压表
B.R2的阻值为30 Ω
C.将图中的电源、电表a、电表b任意互换,闭合开关,电路总功率的最小值为3 W
D.将R1、R2、R3中的一个与图中的电表a互换,闭合开关,电表a的示数可能比互换前小
(2023·河北改编)如图所示,电源电压不变,只闭合开关S1后,电流表的示数为0.4 A;断开开关,将电流表和电压表的位置互换,再将开关S1、S2均闭合后,电流表的示数为1 A,电压表的示数为6 V。下列说法不正确的是 (　　)
A.电源电压为6 V
B.电阻R2的阻值为15 Ω
C.两表位置互换前后,电阻R1两端的电压之比为2∶5
D.两表位置互换前后,电阻R2的功率之比为9∶25
(2022·河北改编)在如图所示的电路中,电源电压不变,小灯泡L上标有“12 V　12 W”字样,滑动变阻器R0的最大阻值为20 Ω,a、b为电流表、电压表其中之一,且不相同。只闭合开关S1,滑片P置于左端,电流表示数为1 A;再闭合开关S2、S3,移动滑片P,电流表示数始终为1 A。已知灯泡的电阻随温度升高而增大。下列说法不正确的是 (　　)
A.a为电压表
B.电源电压为12 V
C.只闭合开关S1,若电流表示数为0.5 A,则滑动变阻器接入电路的阻值为12 Ω
D.将a与R0互换,开关均闭合,移动滑片P,滑动变阻器的功率的最小值为7.2 W
(2021·河北改编)如图所示电路,电源电压不变,滑动变阻器R2的最大阻值与R1的阻值均为R0,a、b、c分别为电阻(阻值为R0)、电流表、电压表其中之一,且不相同。当S1、S3闭合时,移动滑片P,电路中消耗的功率始终为R0。下列有关说法不正确的是 (　　)
A.b、c可能为电流表,也可能为电压表
B.开关都闭合时,电路消耗功率为2R0
C.只闭合S1,若b为电压表,P向右移动,b的示数可能变小
D.将a、c互换,开关都闭合时,电路中的电流可能为3I0
(2020·河北改编)如图,电源电压不变,a、b为电压表或定值电阻,若为定值电阻,其阻值与R相同,均为R0。当S1和S2闭合、S3断开时,电流表A1的示数为I0;再闭合S3,电流表A1的示数为2I0。下列说法不正确的是 (　　)
A.开关均闭合后,电路消耗的功率为2R0
B.开关均闭合后,a、b互换前后A2的示数之比为1∶2
C.将最大阻值为R0的滑动变阻器与R串联,只闭合S1、S2,滑片P从中点移到阻值最大端,变阻器消耗的功率变化量为R0
D.用最大阻值为R0的滑动变阻器替换a、b、R其中的一个,移动滑片,三个电流表的示数均发生变化且变化量相等,满足上述要求的电路连接方式有四种
(2019·河北改编)如图所示,电源电压不变,R1、R2为定值电阻,R为滑动变阻器,a、b是电流表或电压表。当只闭合开关S、S1时,a、b的指针均明显偏转,将位于中点的滑片P向左移动,a的示数不变,b的示数有变化。以下说法正确的是 (　　)
A.b是电压表
B.只闭合S、S2,移动滑片P,则a示数的变化量与b示数的变化量的比值可能等于R1+R2
C.若将b换成另一种电表,只闭合S、S2,将滑片P向右移动,R2消耗的功率一定变大
D.若将a与b的位置互换,只闭合S、S2,则a的示数与b的示数的比值可能等于R2
命题点二　测量小灯泡的电功率
(2020·河北)学习了电功率后,小明利用如图1所示的电路图来探究小灯泡功率跟电阻的关系。L1的规格为“2.5 V　0.25 A”、L2的额定电压是4.5 V、L3的额定电压是 6 V,可调电压电源。图3是小灯泡L2和L3的I-U图象。
图1 图2
图3 图4
(1)请根据图1所示的电路图用笔画线代替导线将图2所示的实物图补充完整。
(2)电路连接完成后,小明只闭合开关S1,发现电流表有示数,但小灯泡不发光,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)如表是实验中的相关数据。
实验次数 开关状态 电源电压 电流表示数 小灯泡电阻 小灯泡功率
1 只S1闭合 U 0.25 A R1=10 Ω P1=0.625 W
R2=2 Ω P2=0.125 W
R3 P3=0.25 W
2 只S1、S2闭合 2.5 V 0.50 A R3=5 Ω P3=1.25 W
3 只S1、S3闭合 0.25 A R1=10 Ω P1=0.625 W
4 S1、S2、S3均闭合 1.30 A R2=4.55 Ω P2=1.375 W
在第1次实验中电源电压U=　　　　V,L3的阻值R3=　　　　Ω。
(4)分析表中数据可得出,规格不同的小灯泡消耗的实际功率跟电阻的关系:
①　 ;
②　 。
【拓展】完成实验后,老师告诉小明用一个稳压电源和一个滑动变阻器可以制作成一个可调电压电源。将自制的可调电压电源(稳压电源电压恒为6 V)、电流表、小灯泡L3和开关串联,如图4所示。将滑片置于阻值最大处,闭合开关,向左移动滑片,当滑片从A点滑到最左端B点时(A、B两点图中未标出),电流表示数变化了0.1 A,则RAB=　　　　Ω。
(2019·河北)小明利用如图1所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材:额定电压为2.5 V的小灯泡、电池组(2节干电池串联,电压为3 V)、电压表一块、滑动变阻器(10 Ω　2 A)、定值电阻(R0=5 Ω)、开关三个和导线若干。
图1 图2
(1)用笔画线代替导线,将图2中的实物电路按照图1所示的电路图连接完整。
(2)闭合开关前,应将变阻器滑片滑到　　　(选填“左”或“右”)端。
(3)连接完电路后,小明只闭合S、S1时,移动滑片P,电压表示数发生改变;只闭合S、S2时,移动滑片P,小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测,把电压表并联在某电路元件两端,测试结果如表所示。则电路中一定存在的故障是　　　(填写序号)。
①灯泡L处断路
②灯泡L处短路
③开关S2处断路
测试元件 灯泡L 开关S2
电压表 无示数 有示数
(4)排除故障后,小明继续实验。
①只闭合S、S2,移动滑片P,使电压表的示数为　　　　V;
②只闭合S、S1,保持滑片P不动,读出电压表的示数为2.25 V;
③小灯泡的额定功率为　　　　W。
(5)当加在小灯泡两端的电压为额定电压的一半时,灯泡的实际功率P实　　　　(选填“>”“<”或“=”)P额。
【拓展】小红通过课外学习知道,干电池有一定的电阻,我们需要用它的“电压U”和“电阻r”两个物理量来描述它(如图3所示)。于是小红在小明完成步骤①后,将电压表并联在电池组两端,保持滑片P的位置不变,只闭合S、S2时,读出电压表示数为2.55 V,则小明实验中所用电池组的电阻r是　　　　Ω。
图3
命题点三　焦耳定律
(2024·河北节选)如图所示,两个相同的透明容器中密封着等量的空气,使两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,通电一段时间后,右侧U形管中液面的高度变化较大。实验表明:在电流和通电时间相同的情况下,　　　　　　　　　　　　　。
命题点四　电功率的综合计算
(2023·河北)如图1所示,电源电压不变,电流表量程为0~0.6 A,电压表量程为0~3 V,滑动变阻器R的规格为“50 Ω　2 A”,灯泡L的额定电流为0.3 A。图2是灯泡L的电流与电压关系图象。闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片P,当滑片P移至某一位置时,电压表和电流表的示数分别为2.5 V和0.25 A。
(1)求电源电压。
(2)在保证电路安全的情况下,调节滑动变阻器的滑片P,灯泡的最小功率是多少
(3)用定值电阻R1替换灯泡L,在保证电路安全的情况下,调节滑动变阻器的滑片P,发现电流表示数的最大值与最小值之差恰好为0.3 A,这一过程中滑动变阻器连入电路的阻值始终小于50 Ω,求定值电阻R1的可能值。
图1　　图2
(2022·河北)如图,电源电压为18 V,R0为定值电阻,R为滑动变阻器,电流表量程为“0~0.6 A”,电压表量程为“0~15 V”。闭合开关S,移动滑片,当滑片移至滑动变阻器的中点时,电流表的示数为0.36 A,电压表的示数为3.6 V。求:
(1)R0的阻值。
(2)滑动变阻器的最大阻值。
(3)在保证电路安全的情况下,电路消耗的最大功率为P1;将电压表改接在R两端,电路消耗的最小功率为P2。P1∶P2的值。
(2021·河北)如图,小灯泡L的规格为“5 V
1 W”,R0=50 Ω,电源电压不变,电流表的量程为“0~0.6 A”“0~3 A”,闭合开关,小灯泡L正常发光。
(1)求R0的功率和电源电压。
(2)拆除小灯泡L,从规格分别为“10 Ω　1 A”“100 Ω　0.5 A”的滑动变阻器中选择其中之一,以及若干导线连入电路。选择哪种规格的变阻器,电路消耗的功率最大 最大功率是多少
(2020·河北)小明家在不远处施工,临时用导线将电水壶和电水龙头(打开几秒钟就能流出热水)接入家中电能表[3 000 r/(kW·h)],如图所示。电水壶的规格为“220 V　1 210 W”,电水龙头的规格为“220 V　2 420 W”,当电路中单独使用电水壶烧水时,铝盘转动110 r,用时120 s。当在电路中单独使用电水龙头洗漱时,用了180 s。导线、电水壶和电水龙头的电阻不随温度变化。求:
(1)电水壶和电水龙头的电阻。
(2)导线的电阻。
(3)在洗漱时,导线上产生的热量。
【详解答案】
教材考点·深度梳理
①焦耳　②千瓦时　③1　④3.6×106
⑤消耗的电能　⑥10　⑦20　
⑧1 kW·h　⑨1 kW·h　⑩之差　
kW·h　做功　UIt　
P=　UI　I2R　正常工作
额定电压　额定电压　额定功率
实际工作　实际电压　>　=
<　实际功率　电流的二次方
导体的电阻　通电时间
重点难点·提升训练
重难点
例219.6　2 200　1 200
解析:电能表读数时,数字方框中最后一位是小数,单位是 kW·h,由题图可知,此时电能表的示数为219.6 kW·h;由题图中所给参数可知,电能表正常工作时的电压为220 V,允许通过的最大电流为10 A,则他家同时使用用电器的最大总功率:Pmax=UImax=220 V×10 A=2 200 W;3 200 imp/(kW·h)表示电路中用电器每消耗1 kW·h的电能,电能表的指示灯闪烁3 200次,则指示灯闪烁320次时,电路消耗的电能: W==0.1 kW·h,则该空调的实际功率:P===1.2 kW=1 200 W。
变式训练
1 032.5　360　3 200
解析:电能表的最后一位数是小数,单位是kW·h,图示电能表的示数为1 032.5 kW·h;电热器正常工作时的电功率:P=P额=1 200 W=1.2 kW,正常工作6 min消耗的电能:W=Pt=1.2 kW× h=0.12 kW·h,3 000 r/(kW·h)表示电路中用电器每消耗1 kW·h的电能,电能表的转盘转动3 000 r,这段时间内电能表转盘的转数:n=3 000 r/(kW·h)×0.12 kW·h=360 r;由题图知,电能表的工作电压是220 V,电能表平时工作允许通过的最大电流为20 A,小红家同时使用的用电器最大总功率:P最大=UI最大=220 V×20 A=4 400 W,还能同时使用的用电器的总功率:P'=P最大-P=4 400 W-1 200 W=3 200 W。
重点实验·完全突破
实验一
2.滑动变阻器
3.P=UI
4.(1)断开　最大
5.(1)>　较亮　(2)=　正常发光　
(3)<　较暗
6.(1)断开　大　试触　(2)小灯泡
(3)小灯泡的额定电压　
(4)①额定　②　　③
(5)电压改变,电功率也改变,求平均值无意义
即时演练
(1)如图所示:
(2)B　短路　(3)0.2　25　0.75　(4)2.2
(5)换一个大量程的电压表(或换一个最大值稍小的滑动变阻器或闭合开关前把滑动变阻器滑片调到合适位置)
(6)C　(7)大　
(8)错误　小灯泡工作时的电阻在变化
(9)U1
解析:(2)为保护电路,闭合开关前,应使滑动变阻器连入电路中的阻值最大,即滑片在B端。闭合开关S后,L1不发光,电流表有示数,则电路不是断路,电压表无示数,电压表所测的灯泡部分电路短路。(3)由图3可知,电流表选择的量程为0~0.6 A,示数为0.2 A。由题干可知,电源电压恒为6 V,电压表测灯泡两端的电压,示数为1 V,则与灯泡串联的滑动变阻器分得的电压为6 V-1 V=5 V,串联电路中电流处处相等,即通过滑动变阻器的电流为0.2 A,刚闭合开关时滑动变阻器接入电路的阻值最大,R==25 Ω。因L1标有“2.5 V”字样,即额定电压为2.5 V,从表中数据可知,电压2.5 V对应的电流为0.30 A,则由P=UI得,额定功率P额=2.5 V×0.30 A=0.75 W。(4)因为电压表所选量程为0~3 V,而灯泡L2的额定电压是3.8 V,超出量程,无法完成实验,所以对电路进行调整,把电压表与滑动变阻器并联,此时电压表测滑动变阻器两端电压,当电压表示数是2.2 V时,灯泡L2两端电压为U-U滑=6 V-2.2 V=3.8 V=U额,L2正常发光。(6)由题意可知电路为通路,小灯泡不亮,说明电路中电流过小,小灯泡的实际功率太小,故选C。(7)电压表与小灯泡并联测小灯泡两端的电压,测量值是准确的,电流表测小灯泡与电压表并联的总电流,由并联电路电流的规律可知,电流表示数大于通过灯泡的实际电流,根据P=UI知所测小灯泡的额定功率偏大。(8)探究通过导体的电流和导体两端电压的关系时要控制电阻大小不变,而灯丝电阻随温度的升高而增大,故小兵的说法错误。(9)闭合开关S、S1,电压表测量小灯泡两端的电压,移动滑片P使电压表的示数为U1,即小灯泡两端的电压是U1,保持滑片P位置不动,只断开开关 S1,闭合开关S2,小灯泡L、定值电阻R0、滑动变阻器串联,电压表测量小灯泡和定值电阻两端的电压,记下电压表的示数为U2,因串联电路中各处的电流相等,且总电压等于各分电压之和,则定值电阻两端的电压是U0=U2-U1,定值电阻中的电流I0=,小灯泡的电功率P=U1I0=U1。
实验二
3.(1)液面高度差　(2)①不同　②电流
③通电时间的长短　
4.(1)串　相同　(2)并　大于
(3)越大
5.(1)导体的电流越大　(2)电阻越大　(3)通电时间越长
6.(1)比热容　(2)不好
即时演练
(1)如图所示:
(2)转换法　(3)右　电阻
(4)在导体电阻和通电时间相同的情况下,通过导体的电流越大,产生的热量越多
(5)相平　属于　
(6)透明容器密闭性不好
解析:(3)在通过电阻丝的电流和通电时间都相同的情况下,电阻越大,产生的热量越多,则相应的U形管中的液面高度差越大。(5)组装前,U形管上端开口、下端连通,属于连通器,此时液面相平。
河北中考·真题体验
1.C　解析:由题意可知,当两个电表互换位置后,P1∶P2=5∶6,则P1∶P2=UI1∶UI2=I1∶I2=5∶6　①,两次的电流关系为I2-I1=0.1 A　②,联立①②式可得,I1=0.5 A,I2=0.6 A。当a为电压表,b为电流表时,R1单独工作,R2和R3被短路,电路中的电流为IR1===0.6 A=I2,刚开始时,a是电流表,b为电压表,电路电流为I1=0.5 A,故A错误;当a为电流表,b为电压表时,R1被短路,R2和R3并联工作,则电路中的电流为I1==0.5 A　 ③,两个电阻的阻值关系为R2∶R3=2∶3　④,联立③④可得,R2=20 Ω,R3=30 Ω,故B错误;由题意可知,将图中的电源、电表a、电表b任意互换,共有如下6种组合:
(1)　　(2)
(3)　　(4)
(5)　　(6)
根据P=可知,当电路中阻值最大时,电路中的电功率最小,图(1)为题中原图,R2和R3并联工作,阻值为R总1===12 Ω,图(2)为题中a、b互换位置后,为R1单独工作,阻值R总2=R1=10 Ω,图(3)为R1单独工作,阻值R总3=R1=10 Ω,图(4)为R1、R2和R3并联工作,阻值为R总4=== Ω,图(5)为R2和R3并联工作,阻值为R总5=R总1=12 Ω,图(6)为R1、R2和R3并联工作,阻值为R总6=R总4= Ω,综上可知,电路中的最大阻值为12 Ω,则电路中的最小电功率为Pmin===3 W,故C正确;将R1、R2、R3中的一个与图中的电表a互换,有如下3种情况:
(7)　　(8)
(9)
根据A中分析可知,未更换之前,R1被短路,R2和R3并联工作,电流表测量干路电流,电路中的阻值为12 Ω;图(7)中,R1被短路,R2和R3并联,与未更换前一致,故图(7)中电流表示数将不变;图(8)中,R3被短路,R1和R2并联,电流表测量干路电流,电路中的阻值为R总8=== Ω,根据I=可知,图(8)中电流表的示数将变大;图(9)中,R2被短路,R1和R3并联,电流表测量干路电流,电路中的阻值为R总9===7.5 Ω,根据I=可知,图(9)中电流表的示数将变大,综上所述,故D错误。
2.B　解析:当将电压表、电流表的位置互换后开关S1、S2均闭合时,两电阻并联,电流表测R1支路的电流,电压表测量电源电压,则电源电压为6 V,故A正确;电压表、电流表的位置互换后,根据I=可得R1===6 Ω,两表位置互换前,只闭合开关S1后,两电阻串联,电流表测电路中的电流,根据I=可得总电阻:R==15 Ω,根据串联电路的总电阻等于各用电器的电阻之和可得R2的阻值为R2=R-R1=15 Ω-6 Ω=9 Ω,故B不正确;两表位置互换前,根据I=可得R1两端的电压:U1=IR1=0.4 A×6 Ω=2.4 V;两表位置互换后R1两端的电压为电源电压6 V,则两表位置互换前后,电阻R1两端的电压之比为U1∶U=2.4 V∶6 V=2∶5,故C正确;两表位置互换前R2的功率:P2=I2R2=(0.4 A)2×9 Ω=1.44 W,两表位置互换后R2的功率:P2'==4 W,则两表位置互换前后,电阻R2的功率之比为P2∶P2'=1.44 W∶4 W=9∶25,故D正确。
3.C　解析:只闭合开关S1,滑片P置于左端,电路为灯泡L的简单电路,电流表示数为1 A;开关都闭合,移动滑片P,电流表示数始终为1 A,说明b为电流表,把滑动变阻器短路了,导致滑动变阻器失去调节作用,则a为电压表,故A正确;灯泡的额定电流为I额===1 A;只闭合开关S1,滑片P置于左端,则电路中只接灯泡,而电流表示数为1 A,则灯泡额定电压为电源电压,即12 V,故B正确;只闭合开关S1,若电流表示数为0.5 A,则灯泡温度不为额定电流时的温度,电阻也不为额定电流时的电阻,则无法计算此时滑动变阻器接入电路的阻值,故C不正确;将a与R0互换,开关均闭合,则电路为滑动变阻器和灯泡并联,互不影响,根据公式P=可知,移动滑片P,当滑动变阻器接入电路的阻值最大时,功率最小,为Pmin===7.2 W,故D正确。故选C。
4.C　解析:当S1、S3闭合时,移动滑片P,电路中消耗的功率始终为R0,说明滑动变阻器没有接入电路,据此分析出a是电阻,c与b都是既可能为电流表,也可能为电压表,且电源电压U=I0R0,故A正确;开关都闭合时,滑动变阻器被短路,a和R1并联,此时总电阻R总=,I==2I0,P=I2R=(2I0)2×=2R0,故B正确;只闭合S1,若b为电压表,a和滑动变阻器串联,电压表b测量滑动变阻器两端的电压,因a是电阻,则电阻和滑动变阻器串联,P向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,根据串联分压特点可知b的示数变大,故C不正确;a是电阻,c可能是电流表,也可能是电压表,当c为电流表时,若将a、c互换,开关都闭合时,a与R2并联,则通过a的电流为I0,若电路中的电流为3I0,根据并联电路的电流特点可知通过R2的电流为3I0-I0=2I0,此时滑动变阻器接入电路的阻值为R2'=,小于滑动变阻器的最大阻值R0,故D正确。
5.C　解析:当S1和S2闭合、S3断开时,R与b并联,电流表A1测干路的电流,其示数为I0;再闭合S3,a、b、R并联,电流表A1测干路电流,其示数为2I0,若a为电压表,由并联电路中各支路独立工作、互不影响可知,电流表A1的示数应为I0不变,不可能为2I0,所以a应为定值电阻,由并联电路的电压特点可知,a两端的电压和R两端的电压相等,则b应为电压表;当S1和S2闭合、S3断开时,电路为R的简单电路,电流表A1测电路中的电流,等效电路图如图所示:
由I=,可得电源的电压U=I0R0,开关均闭合后,等效电路图如图所示:
干路电流表A1的示数为2I0,则此时电路消耗的功率P=U×2I0=I0R0×2I0=2R0,故A正确。开关均闭合后,Ra与R并联,电流表A2测R支路的电流,其示数为I0;a、b互换后,Ra与R并联,等效电路图如图所示:
此时电流表A2测两支路的电流之和,其示数为2I0,所以a、b互换前后A2的示数之比为I0∶2I0=1∶2,故B正确。将最大阻值为R0的滑动变阻器与R串联,只闭合S1、S2时,R滑与R串联,等效电路图如图所示:
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以电路中的电流I=,则变阻器消耗的电功率:P滑=I2R滑=2R滑==
=
=
,当R滑=R=R0时,滑动变阻器消耗的电功率最大,则P滑大=R0,滑片P位于中点时,R滑=R0,变阻器消耗的电功率最小,则P滑小=()2R滑=R0=R0,所以变阻器消耗的功率变化量:ΔP滑=P滑大-P滑小=R0-R0=R0,故C不正确。用最大阻值为R0的滑动变阻器替换a、b、R其中的一个,移动滑片,三个电流表的示数均发生变化且变化量相等,当滑动变阻器替换a后,移动滑片时,通过R的电流不变,则电流表A2的示数不变;当滑动变阻器替换R后,移动滑片时,通过a处定值电阻的电流不变,则电流表A3的示数不变,综上可知,滑动变阻器应替换电压表b。①当S1闭合、S2和S3断开时,电路为滑动变阻器的简单电路,三个电流表均测电路中的电流,等效电路图如图所示:
因串联电路中各处的电流相等,所以移动滑片,三个电流表的示数均发生变化且变化量相等;②当S1和S2闭合、S3断开时,滑动变阻器与R并联,电流表A1、A2均测干路电流,电流表A3测变阻器支路的电流,等效电路图如图所示:
因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以滑片移动时通过R的电流不变,由并联电路中干路电流等于各支路电流之和可知,三电流表示数的变化量相等;③当S1和S3闭合、S2断开时,定值电阻Ra与滑动变阻器并联,电流表A1、A3均测干路电流,电流表A2测变阻器支路的电流,等效电路图如图所示:
因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以滑片移动时通过定值电阻a的电流不变,由并联电路中干路电流等于各支路电流之和可知,三电流表示数的变化量相等;④当S1、S2、S3均闭合时,Ra、R、滑动变阻器并联,等效电路图如图所示:
电流表A1测干路电流,电流表A2测R与变阻器支路的电流之和,电流表A3测Ra与变阻器支路的电流之和,因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以滑片移动时通过定值电阻Ra和R的电流不变,由并联电路中干路电流等于各支路电流之和可知,三电流表示数的变化量相等。综上可知,D正确。故选C。
6.D　解析:当只闭合开关S、S1时,电表b与滑动变阻器R串联,且滑片P向左移动,b的示数有变化,则b一定是电流表,故A错误;当只闭合开关S、S1时,若a为电流表,则测通过R2的电流,由于R2的阻值和两端的电压均不变,滑片P向左移动,a的示数不变;若a为电压表,则测电源电压,滑片P向左移动时,其示数也不变,故a可能是电流表也可能是电压表;当a为电压表、b为电流表时,只闭合S、S2,此时R1与R串联,电压表a测R两端的电压,电流表测电路中的电流,则有R1=,即a示数的变化量与b示数的变化量的比值等于R1;当a、b均为电流表时,只闭合S、S2,R、R2被短路,电路为R1的简单电路,移动滑片P,a、b两表的示数变化量均为0,故B错误;将b换成电压表,a为电压表时,只闭合S、S2,R1、R2与R串联,滑片P向右移动,接入电路的电阻变小,电路总电阻变小,电流变大,根据P=I2R2可知,R2消耗的功率变大;若将b换成电压表,a为电流表时,只闭合S、S2,R被短路,R1、R2串联,滑片P向右移动,电路总电阻不变,电流不变,根据P=I2R2可知,R2消耗的功率不变,故C错误;当a为电压表、b为电流表时,若将a与b的位置互换,只闭合S、S2,R被短路,R1、R2串联,电流表测电路中的电流,电压表测R2两端的电压,则a的示数与b的示数的比值为R2;当a、b均为电流表时,若将a与b的位置互换,只闭合S、S2,R、R2被短路,电路为R1的简单电路,两电流表的示数相等,其比值为1,故D正确。故选D。
7.(1)如图所示:
(2)电源电压太低,小灯泡的实际功率太小
(3)4　4　
(4)①当电流相同时,实际功率与电阻成正比　②当电压相同时,实际功率与电阻成反比
【拓展】7
解析:(2)电路连接完成后,小明只闭合开关S1,发现电流表有示数,说明电路为通路,但小灯泡不发光,原因是小灯泡的实际功率太小,即电源电压太低。(3)在第1次实验中,即只闭合S1时,三个小灯泡串联,因串联电路各处的电流相等,即I=0.25 A,P3=0.25 W,根据P=UI,L3两端的电压为U3===1 V,由欧姆定律,L1两端的电压为U1=IR1=0.25 A×10 Ω=2.5 V,同理L2两端的电压为U2=IR2=0.25 A×2 Ω=0.5 V;根据串联电路电压的规律,电源电压U=U1+U2+U3=2.5 V+0.5 V+1 V=4 V,由欧姆定律,可得L3的阻值R3===4 Ω。(4)根据表中第1次实验数据可知,当电流相同时,实际功率与电阻成正比;根据表中第2、3、4次实验数据可知,当电压相同时,实际功率与电阻成反比。【拓展】滑片移动到最左端时,电路为L3的简单电路,小灯泡两端的电压为6 V,由图3知,电路的电流为0.6 A,滑片在A点时,变阻器与小灯泡串联,电路的电流为I'=0.6 A-0.1 A=0.5 A,由图3知,此时小灯泡两端的电压为2.5 V,根据串联电路的电压规律及欧姆定律,变阻器连入电路的电阻:RAB===7 Ω。
8.(1)如图所示:
(2)右　(3)③　(4)①2.5　③0.75
(5)>　　【拓展】1.5
解析:(2)为了保护电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处,即滑到右端。(3)①若灯泡L处断路,将电压表与灯泡L并联,则电压表有示数且接近电源电压,故①不符合题意;②若灯泡L处短路,将电压表与灯泡L并联,则电压表无示数,将电压表与开关S2并联,则电压表仍然无示数,故②不符合题意;③若开关S2处断路,将电压表与开关S2并联,则电压表有示数且接近电源电压,故③符合题意。(4)①只闭合S、S2,R与L串联,电压表测L两端的电压,移动滑片P,使电压表示数U额=2.5 V,此时灯泡L正常发光;②只闭合S、S1,R与R0串联,此时电压表测R0两端的电压U0=2.25 V,则有,即,解得R滑= Ω;③当小灯泡正常发光时,滑动变阻器两端的电压:U滑'=U-U额=3 V-2.5 V=0.5 V,此时电路中的电流:I===0.3 A,则小灯泡的额定功率:P额=U额I=2.5 V×0.3 A=0.75 W。(5)当电阻不变,加在小灯泡两端的电压变为原来的一半时,由P=可知,功率变为原来的四分之一,由于小灯泡的电阻随温度的减小而降低,故当小灯泡两端的实际电压为额定电压的一半时,小灯泡的电阻比正常发光时的电阻小,故小灯泡的实际功率P实>P额。【拓展】在(4)步骤①中,只闭合S、S2,L、R、r串联,电压表测L两端的电压,电压表的示数为2.5 V,此时灯泡正常发光,电路中的电流为I=0.3 A,将电压表并联在电池组两端,保持滑片P的位置不变,只闭合S、S2时,此时L、R、r串联,电压表测L和R两端的电压,电压表的示数为2.55 V,则有2.55 V+Ir=3 V,解得r=1.5 Ω。
9.电阻越大,产生的热量越多
解析:由题图知,两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,通过两电阻的电流和通电时间相等,而电阻丝阻值大小不同,通电一段时间后,右侧U形管中液面的高度变化较大,说明右侧导体放出的热量多,故可得出结论:在电流和通电时间相同的情况下,电阻越大,产生的热量越多。
10.解:(1)闭合S,灯L与滑动变阻器R串联,当I=0.25 A时,U滑=2.5 V,由图2可知此时UL=2.0 V,
根据串联电路电压的特点得
U电源=UL+U滑=2.0 V+2.5 V=4.5 V。
(2)由题意知,当电压表示数最大为3 V时,灯L两端电压最小,此时灯L的功率最小,灯L两端最小电压
=U电源-U滑'=4.5 V-3 V=1.5 V,
由图2知,灯L的最小电流I小=0.2 A,
灯L的最小功率:
P=I小=1.5 V×0.2 A=0.3 W。
(3)用定值电阻R1替换灯泡L后,调节滑动变阻器的滑片P,电路中最大电流有两种可能:I大=0.6 A或I大<0.6 A;
①若I大=0.6 A时,则最小电流I小=I大-ΔI=0.6 A-0.3 A=0.3 A,此时电压表示数最大为3 V,
R1中最小电流I小=,
即0.3 A=,解得R1=5 Ω。
②若I大<0.6 A时,由题意可得,最大电流I大=,最小电流I小=,
则ΔI=I大-I小,
即ΔI=,代入数值得0.3 A=-,
解得R1=10 Ω,
故定值电阻R1的可能值为5 Ω或10 Ω。
11.解:(1)由图知,R0与R串联,电压表测R0两端电压,电流表测电路中电流,
由欧姆定律可得,R0的阻值:
R0===10 Ω。
(2)由欧姆定律,可得电路的总电阻:
R总==50 Ω,
滑片在滑动变阻器的中点,由串联电路的电阻规律得
R=R总-R0=50 Ω-10 Ω=40 Ω,
故滑动变阻器的最大阻值R=80 Ω。
(3)当滑动变阻器的滑片向左滑时,电路中电阻变小,电流变大,电路中电流最大为I大=0.6 A,
此时电压表示数
U0'=I大R0=0.6 A×10 Ω=6 V<15 V,
电路安全,符合题意;
当电压表改接在R两端,电压表测R两端的电压,当滑片滑到最右端时,电压表示数最大为15 V,由串联分压原理知,此时变阻器连入电路的阻值最大,通过电路的电流最小,
I小===0.3 A,
此时变阻器接入电路的阻值
R滑===50 Ω<80 Ω,
这说明电路中的最小电流是0.3 A,
当电源电压一定,电流最小时,电路消耗功率最小,
所以==。
12.解:由电路图可知,闭合开关,灯泡L与定值电阻R0串联,电流表测电路中的电流。
(1)灯泡正常发光时其两端的电压UL=5 V,功率PL=1 W,因串联电路中各处的电流相等,所以由P=UI可得电路中的电流为
I1===0.2 A,
由I=,可得R0两端的电压为
U0=I1R0=0.2 A×50 Ω=10 V,
R0的功率为
P0=U0I1=10 V×0.2 A=2 W,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以电源电压为
U=U0+UL=10 V+5 V=15 V。
(2)若定值电阻R0与滑动变阻器R串联,当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时,电路中的电流最大,最大电流I大===0.3 A,
若定值电阻R0与滑动变阻器R并联,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以通过滑动变阻器的最小电流分别为IR===1.5 A,
IR'===0.15 A,
因“10 Ω　1 A”的滑动变阻器允许通过的最大电流为1 A,且小于1.5 A,
所以该规格的滑动变阻器不能与定值电阻R0并联,因“100 Ω　0.5 A”的滑动变阻器允许通过的最大电流为0.5 A,且大于0.15 A,所以该规格的滑动变阻器能与定值电阻R0并联,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以此时电路的最大总电流为
I大'=I大+IR大'=0.3 A+0.5 A=0.8 A,综上可知,当“100 Ω　0.5 A”的滑动变阻器与定值电阻R0并联,且电流表选0~0.6 A量程位于两支路之一时或选0~3 A的量程位于干路时,电路的总功率最大,
则电路消耗的最大功率为
P大=UI大'=15 V×0.8 A=12 W。
13.解:(1)电水壶的规格为“220 V　1 210 W”,
电水龙头的规格为“220 V　2 420 W”,
根据公式P=可知,电水壶的电阻为
R壶===40 Ω,
电水龙头的电阻为
R水龙头===20 Ω。
(2)当电路中单独使用电水壶烧水时,消耗的电能为
W= kW·h= kW·h,
此时电路的总功率为
P实===1.1 kW=1 100 W,
此时电水壶和导线的总电阻为
R总===44 Ω,
由于导线与电水壶串联接入电路中,因串联电路中总电阻等于各支路电阻之和,则导线的电阻为
R线=R总-R壶=44 Ω-40 Ω=4 Ω。
(3)电水龙头和导线的总电阻为
R总'=R线+R水龙头=4 Ω+20 Ω=24 Ω,
此时导线和电水龙头的功率为
P实'=== W,
根据公式P=I2R可知,I2=,
则导线上产生的热量为
Q=I2R线t=×4 Ω×180 s=60 500 J。第十八章　生活用电
2022课程标准
了解家庭电路的组成。
有安全用电和节约用电的意识。
考点一　家庭电路的组成
家庭电路的组成示意图
a.进户线　b.①　　　　　c.总开关
d.②　　　　　e.开关　f.电灯　g.插座
注意:当家庭电路需要修理时,必须断开总开关。
火线和零线:火线与零线之间的电压为③　　　　V,零线在入户之前已经和大地相连。
试电笔
作用 用来辨别火线和零线
使用 用手按住④　　　金属体,使⑤　　　接触被测的导线,如果氖管发光,则接触的是⑥　　　线,如果氖管不发光,则接触的是⑦　　　线
原理 如果被测的是火线,电流经过笔尖、电阻、氖管、弹簧、笔尾金属体,再通过人体、大地,与电源构成闭合电路,氖管就会发光
三线插头和漏电保护器
(1)三线插头(三孔插座)(如图所示):标有“L”字样的插头接⑧　　　　线,标有“N”字样的接⑨　　　　线,标有“E”字样的接⑩　　　　线。插头上标着“　　　　”的导线和用电器的金属外壳相连,插座上相应的导线和室外的　　　　相连。带有金属外壳的家用电器其金属外壳必须接地。
(2)漏电保护器:控制插座的总开关上大多还装有漏电保护器,如果站在地上的人不小心接触了火线,电流经过人体流入大地,这时,总开关上的“漏电保护器”会迅速　　　　电流,对人身起到　　　　　　。
考点二　家庭电路中电流过大的原因
电流过大的原因
(1)用电器的总功率过大;
(2)短路;
保险丝作用:当通过保险丝的电流大于额定电流时,保险丝　　　　,从而切断电路。保险丝用铅锑合金制成,熔点　　　　,电阻　　　　,不能用铜丝、铁丝代替保险丝,不能用更粗的保险丝代替原保险丝。
考点三　安全用电
触电急救措施:立即　　　　电源,再进行施救。
安全用电原则
(1)不　　　　低压带电体,不　　　　高压带电体。
(2)更换灯泡、搬动电器前应断开　　　　开关。
(3)不弄湿用电器,不损坏绝缘层。
(4)保险装置、插座、导线、家用电器等达到使用寿命应　　　　　　。
注意防雷
高大建筑的顶端安装　　　　。高压输电线最上面的两条导线也是用来防雷的。
(人教九全图19.1-2) 命题点:试电笔的使用 如图,试电笔的作用是辨别　　　　　　　,使用螺丝刀式试电笔时,手指要抵住上端的　　　　　,如果发现氖管发光,说明接触的是　　　　。
(人教九全图19.2-1) 命题点:用电器的总功率过大 如图,当通过插座接入电路的用电器同时工作时,电路中的总功率　　　　,引起干路中的电流　　　　,根据焦耳定律可知,干路上的电流产生的热量　　　　,使导线的温度急剧升高,从而烧坏插座。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
(人教九全图19.3-4) 命题点:安全用电原则 如图,高压线下钓鱼、机壳没有接地、电视天线与电线接触,都会造成　　　　事故。
重难点一　家庭电路连接及安全用电
(2024·唐山一模)“珍爱生命,安全用电”是人们日常生活中必须具备的意识。下列属于安全用电的是 (　　)
A.用湿布擦拭正在工作的用电器
B.家庭电路中同时使用多个大功率用电器
C.日常生活中不靠近高压电器
D.用铁丝替代保险丝
(2024·邢台一模)下列关于家庭电路的分析和安全用电的做法,正确的是 (　　)
A.在未断开电源开关的情况下更换灯泡
B.在家庭电路中安装空气开关或保险丝
C.家庭电路中总电流过大一定是短路造成的
D.把用电器的三脚插头改为两脚插头接在两孔插座上使用
(2024·邢台模拟)家庭电路中,电冰箱、电饭煲、日光灯等家用电器的连接方式是　　　　　联。请将图中的灯泡、开关和插座接入家庭电路(已连接的线路正确)。
重难点二　家庭电路故障分析
(2024·新乐模拟)在如图所示的家庭电路中,将插头插入插座,打开电视,电视不工作;闭合开关,灯泡不亮;保持开关闭合,拔出插头,将测电笔分别插入插座两孔时氖管均发光。若电路中只有一处故障,则故障可能是 (　　)
A.零线上保险丝烧断
B.火线上保险丝烧断
C.灯丝烧断
D.插座短路
小明想在家里安装一盏照明灯,安装完毕后,闭合开关,电灯不亮。当小明用试电笔分别测试电灯两接线处和插座的两孔时,试电笔的氖管都发光,则可能是电路的　　　(选填字母)段发生　　　　(选填“断路”或“短路”)故障。
常见家庭电路故障的判断
命题点　家庭电路连接及安全用电
(2022·河北)如图所示是小明家的一个插线板,他在使用中发现:当插线板上的开关闭合时,插孔能提供工作电压。下列选项中电路的连接符合上述要求及安全用电原则的是 (　　)
A　 B
C　 D
(2021·河北改编)下列做法中,符合安全用电原则的是 (　　)
A.用湿抹布擦发光的灯泡
B.发现有人触电迅速切断电源
C.用手指触碰插座的插孔
D.多个大功率用电器同时用一个插座
(2023·河北)通常情况下,家庭电路中各个用电器的连接方式是　　　　(选填“串联”或“并联”)。已知家庭电路的电压是220 V,在额定电流为10 A的插座上,接入一台“220 V　200 W”的电冰箱后,最多还可以接入总功率　　　　W的用电器。
(2020·河北)在家庭电路中,为了防止触电,必须把用电器的开关装在　　　　线上,电冰箱、洗衣机等大功率家用电器的电源插座都用三孔插座,为了安全,三脚插头的接地脚应与用电器的　　　　　　相连。
【详解答案】
教材考点·深度梳理
①电能表　②保险盒　③220　④笔尾
⑤笔尖　⑥火　⑦零　⑧火　⑨零
⑩地　E　大地　切断　
保护作用　熔断　低　大　
切断　接触　靠近　电源
及时更换　避雷针
教材图片·解读延伸
1.火线和零线　金属帽　火线
2.变大　变大　变大
3.触电
重点难点·提升训练
重难点一
例1.C　解析:生活用水是导体,用湿布擦拭正在工作的用电器可能发生触电事故,故A错误;家庭电路中同时使用多个大功率用电器,容易造成用电器总功率过大,引发电路中总电流过大,故B错误;安全用电的基本原则是不接触低压带电体,不靠近高压带电体,故C正确;铁丝的电阻率小,熔点高,用铁丝代替保险丝,不能在电流过大时自动切断电路,故D错误。
变式训练
1.B　解析:在未断开电源开关的情况下更换灯泡容易发生触电事故,故A错误;为防止因为干路电流过大引起火灾,家庭电路中必须安装保险丝或空气开关,故B正确;家庭电路中总电流过大的原因还有可能是用电器的总功率过大,不一定是短路,故C错误;把用电器的三脚插头改为两脚插头接在两孔插座上使用,这样当金属外壳漏电时,不能将电及时导向大地,易引发触电,故D错误。
2.并　如图所示:
解析:家庭电路中,电冰箱、电饭煲、日光灯等全部并联,各用电器都能在额定电压下工作,而且互相不影响;首先根据三孔插座的接法可辨别出最上面的线为零线,中间的线为火线,最下面的线为地线。
灯泡接法:火线进入开关,再进入灯泡顶端的金属点,零线直接接入灯泡的螺旋套,这样在断开开关时能切断火线,接触灯泡不会发生触电事故,既能控制灯泡,又能更安全。
重难点二
例2.A　解析:将插头插入插座,打开电视,电视不工作;闭合开关,灯泡不亮,说明电路中存在断路故障;若灯丝烧断,则电视机应该工作,故不可能是灯丝烧断;保持开关闭合,拔出插头,将测电笔分别插入插座两孔时氖管均发光,插孔的左孔能使氖管发光,说明插孔的左孔通过灯泡、开关与火线相连(如图);插孔的右孔能使氖管发光,说明火线是完好的,综合分析可知是A点左侧的零线断路,可能是零线上保险丝烧断,A正确。
变式训练
3.gf　断路　解析:当用试电笔分别测试电灯两接线处和插座的两孔时,试电笔的氖管都发光,说明火线上有电,而零线处不该亮,但也亮了,说明其通过电灯、开关与火线相通了,故零线断路。
河北中考·真题体验
1.B　解析:当插线板上的开关闭合时,插孔能提供工作电压,这说明开关控制三孔插座;三孔插座的接法:上孔接地线、左孔接零线、右孔接火线,为了用电的安全,开关接在右孔与火线之间,故B正确。
2.B　解析:因为生活用水是导体,所以用湿抹布擦发光的灯泡很容易使人触电,故A不符合安全用电原则;发现有人触电,施救时应先将触电者与带电体分离,即切断电源或用干燥竹竿等绝缘体将电线挑开,故B符合安全用电原则;用手指触碰插座的插孔的做法是很危险的,很容易因碰到里面的火线而触电,故C不符合安全用电原则;插座负载过多,干路电流过大,产生的热量过多,会造成火灾,故D不符合安全用电原则。
3.并联　2 000　解析:在家庭电路中,家庭中的用电器工作时互不影响,是并联连接的;已知插座的额定电流为10 A,则插座上可以接入的用电器总功率为P大=UI大=220 V×10 A=2 200 W,接入一台“220 V　200 W”的电冰箱后,还可以接入的用电器的总功率为P=P大-P冰箱=2 200 W-200 W=2 000 W。
4.火　金属外壳　解析:用电器的开关应与火线相连,当接触用电器时,断开开关,可以切断火线,防止接触用电器时发生触电事故;为了安全用电,电冰箱、洗衣机等大功率家用电器的电源插座都用三孔插座,三脚插头的接地脚应与用电器的金属外壳相连通,这样若用电器的金属外壳带电,电流会通过地线导入大地,防止触电事故的发生。专项六　极值、范围类相关计算
(1)电流最大值的判断Imax取较小值作为最大电流
(2)电流最小值的判断Imin取滑动变阻器的较小值作为允许接入电路的最大电阻
(3)电压表示数最值的判断
a.灯泡的额定电压;b.电源电压;c.电压表最大测量值;d.滑动变阻器滑片在最左端或最右端时电压表的示数。综合考虑以上四点,注意检查电压表示数的取值是否合理(即电压表示数取该值时,电流表示数是否符合题目要求)。
类型一　串联电路类
如图甲所示,电源电压保持不变,小灯泡标有“12 V　12 W”的字样,滑动变阻器标有“30 Ω　2 A”的字样。闭合开关S,滑片P从最右端向左滑动的过程中,小灯泡的I-U关系图象如图乙所示。求:
(1)小灯泡正常发光时的电阻。
(2)灯泡正常发光时,滑动变阻器接入电路的电阻。
(3)电路总功率的变化范围。
甲　　乙
如图所示的电路中,电源电压为4.5 V保持不变,滑动变阻器上标有“30 Ω　1 A”字样,小灯泡上标有“3 V　0.9 W”字样,电压表的量程为0~3 V,电流表的量程为0~0.6 A。求:(不考虑灯泡电阻的变化)
(1)小灯泡正常发光时的电阻。
(2)小灯泡正常工作1 min所消耗的电能。
(3)为保证电路安全,滑动变阻器接入电路的阻值范围。
类型二　并联电路类
如图所示,电源电压为6 V,R1=6 Ω,R2为0~10 Ω的滑动变阻器,电流表的量程为0~3 A,闭合S后移动滑片,求:
(1)电流表最小示数是多大。
(2)为保证电流表的安全,变阻器接入电路的阻值范围多大。
类型三　变化电路类
(2024·石家庄裕华区模拟)如图甲所示的电路中,电源电压恒定,灯泡L标有“12 V　3.6 W”的字样,R为标有“100 Ω　0.5 A”字样的滑动变阻器,定值电阻R1的I-U图象如图乙所示。当开关都闭合时,灯泡L恰好正常发光。求:
甲　　乙
(1)灯泡L正常发光时的电阻。
(2)开关都闭合时,电路总功率的最小值。
(3)当只闭合开关S时,若电压表的量程为0~3 V,电流表的量程为0~0.6 A,为保证整个电路安全,求滑动变阻器接入电路的阻值范围。
【详解答案】
1.解:由图甲可知,灯泡和滑动变阻器串联,电压表测灯泡两端的电压,电流表测电路中的电流。
(1)由P=UI=可知,小灯泡正常发光时的电阻:RL===12 Ω。
(2)由P=UI可知,灯泡正常发光时电路中的电流:
I=I额===1 A,
由图乙可知,电路中电流最大时灯泡两端的电压为12 V,因此电路中的最大电流:I1=I=1 A,由图乙可知,电路中的最小电流:I2=I1=×1 A=0.5 A,
由欧姆定律可知,当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,电路中的电流最小,由欧姆定律可知,此时滑动变阻器两端的电压:
U滑大=I2R滑大=0.5 A×30 Ω=15 V,
由图乙可知,电路中电流最小时灯泡两端的电压为3 V,由串联电路的电压特点可知,电源电压:
U=U滑大+=15 V+3 V=18 V,
灯泡正常发光时滑动变阻器两端的电压:
U滑=U-U额=18 V-12 V=6 V,
由欧姆定律可知,此时滑动变阻器接入电路的电阻:
R滑===6 Ω。
(3)电路总功率的最小值:
P小=UI2=18 V×0.5 A=9 W,
电路总功率的最大值:
P大=UI1=18 V×1 A=18 W,
则电路总功率的变化范围为9~18 W。
2.解:由电路图可知,灯泡与滑动变阻器串联,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流。
(1)小灯泡L正常工作时UL=3 V,小灯泡的额定电流IL===0.3 A,
小灯泡正常发光时的电阻RL===10 Ω。
(2)小灯泡正常工作1 min所消耗的电能W=PLt=0.9 W×1×60 s=54 J。
(3)小灯泡的额定电流为0.3 A,小于电流表量程0.6 A,根据串联电路电流的规律知,电路的最大电流为0.3 A,此时滑动变阻器接入电路的阻值最小,最小阻值为
R滑小=-RL=-10 Ω=5 Ω,
滑动变阻器连入电路的阻值增大,电压表示数也变大,当电压表示数为其量程3 V时,滑动变阻器连入电路的阻值最大,根据串联电路中电压规律可知,此时小灯泡两端的实际电压为
U灯=U-UV=4.5 V-3 V=1.5 V,
电压表示数为小灯泡两端电压的2倍,由分压原理得,滑动变阻器接入电路的最大阻值为小灯泡的电阻的2倍,即R滑大=2RL=2×10 Ω=20 Ω,
故为保证电路安全,滑动变阻器接入电路的阻值范围为5~20 Ω。
3.解:(1)由图可知,R1与R2并联,电流表测量的是干路电流,所以当R2全部接入电路时,R并最大,干路中电流表示数最小,所以这时电流表示数为I最小=+=1.6 A。
(2)当R2接入电路的阻值最小为R2最小时,R并最小,干路中电流表示数最大,I最大=3 A。滑片无论怎样移动,R1支路中电流不变,为
I1==1 A,
所以=I最大-I1=3 A-1 A=2 A,
==3 Ω,
故为保证电流表的安全,变阻器接入电路的阻值范围是3~10 Ω。
4.解:(1)灯泡L标有“12 V　3.6 W”的字样,根据P=UI可得,灯泡的额定电流:I额==0.3 A,
根据欧姆定律可得,灯泡L正常发光时的电阻:RL===40 Ω。
(2)开关都闭合时,定值电阻R1被短路,滑动变阻器R与灯泡L并联,电流表测量干路的电流。由灯泡L恰好正常发光可知,灯泡两端的电压和电源电压满足U=UL=UR=U额=12 V;滑动变阻器R的滑片在最左端时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,为R=100 Ω,由P=UI=可知,此时电路的电功率最小,
滑动变阻器的电功率:PR==1.44 W,
灯泡正常发光,功率为PL=P额=3.6 W,
开关都闭合时,电路总功率的最小值:P小=PL+PR=3.6 W+1.44 W=5.04 W。
(3)当只闭合开关S时,滑动变阻器R与定值电阻R1串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量定值电阻两端的电压,由题图乙可得,定值电阻的阻值为R1==10 Ω,
根据电压表的量程为0~3 V,可知允许通过R1的最大电流:===0.3 A;
电流表的量程为0~0.6 A,滑动变阻器允许通过的最大电流为0.5 A,
由串联电路电流规律可得,电路中的最大电流:I大==0.3 A,
此时定值电阻两端的电压:=3 V,
根据串联电路规律可得,滑动变阻器两端的电压:UR小=U-=12 V-3 V=9 V,
滑动变阻器接入的最小阻值:R小===30 Ω,
所以滑动变阻器接入电路的阻值范围是30~100 Ω。第十六章　欧姆定律
2022课程标准
探究电流与电压、电阻的关系。
理解欧姆定律。
考点　欧姆定律及其应用
欧姆定律
(1)内容:导体中的电流,跟导体两端的电压成①　　　　,跟导体的电阻成②　　　　。
(2)公式:I=③　　　　,变形公式为U=④　　　　,R=⑤　　　　。
(1)对应关系:定律中电流、电压和电阻是针对同一导体或同一段电路在同一时刻而言的。
(2)因果关系:电流随电压和电阻的变化而变化,即电压、电阻是因,电流是果。所以“导体的电阻与导体中的电流成反比”这个说法是错误的。
串、并联电路中电流、电压、电阻的关系
类型 串联电路 并联电路
电流 I=I1=I2 I=I1+I2
电压 U=U1+U2 U=U1=U2
电阻 R=R1+R2
比例 分配 串联分压: U1∶U2=R1∶R2 并联分流: I1∶I2=R2∶R1
重难点　欧姆定律的计算
图甲所示电路的电源电压为3 V,闭合开关后,两电流表的指针偏转均如图乙所示,则电路的总电阻为　　　　Ω;断开开关后,电阻R2的阻值为　　　　Ω。
甲　乙
(2024·石家庄模拟)人体身高测量仪的电路简化图如图,R0=12 Ω,R是滑动变阻器,电源电压U=12 V保持不变,滑片会随身高上下移动。当开关闭合,被测身高增加时,电流表的示数　　　　
(选填“变大”“变小”或“不变”);当电压表的示数为4 V时,滑动变阻器接入电路的阻值为　　　　Ω;若电压表与电流表互换位置,闭合开关,电压表示数为　　　　　V。
(2024·河北模拟)如图所示,先闭合开关S1,电流表A1和A2的示数都是0.2 A,再闭合开关S2,电压表的示数为3 V,电流表A1的示数为0.5 A。此时,电源的电压是　　 　　V,流过L1的电流是
　　　　A,灯泡L2的电阻为　　　　　Ω。
欧姆定律的计算
(1)“四个弄清”:①弄清用电器的连接方式;②弄清各电表的测量对象;③弄清滑动变阻器接入电路的部分;④弄清题中的已知条件和提供的物理过程。
(2)画电路图:在电路图中标出已知量的符号、数据和未知量的符号。
(3)电路分析:寻找已知量和未知量的关系,抓住电路中的不变量(电源电压恒定、定值电阻阻值恒定)和变化量。
(4)列式或方程:根据串、并联电路中电流、电压、电阻的规律及欧姆定律列出关系式或方程求解。
实验一　探究电流与电压、电阻的关系
实验电路图
实验器材
电源、开关、导线、电流表、电压表、定值电阻、　　　　　　。
实验注意事项
(1)滑动变阻器　　　　联接入电路。
(2)闭合开关前,将滑动变阻器的滑片移到　　　　　　。
实验方法(控制变量法)
(1)在探究电流与电压的关系时,保持　　　　　　　　不变,通过移动滑动变阻器的滑片来改变定值电阻两端的电压。
(2)在探究电流与电阻的关系时,更换阻值不同的定值电阻,通过移动滑动变阻器的滑片来保持　　　　　　　　　　　　　。
实验操作
(1)闭合开关,保持电路中电阻10 Ω不变,分别调节滑动变阻器的滑片,使电阻两端的电压成倍数增加,观察电流表的示数,将数据填入表格。
电阻R 10 Ω
电压U/V 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
电流I/A 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
(2)闭合开关,分别将阻值不同的电阻接入电路,并且通过调节滑动变阻器的滑片,使阻值不同的定值电阻R两端的电压保持3 V不变,观察电流表的示数,将实验数据记录在下表中。
实验次数 电压U/V 电阻R/Ω 电流I/A
1 3 5 0.6
2 3 10 0.3
3 3 15 0.2
表格数据处理与分析
根据上述表中的数据绘制的U-I图象和I-R图象如图所示。
实验结论
电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成　　　　;电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成　　　　。
交流与反思
(1)滑动变阻器在电路中的作用
①保护电路;
②在探究电流与电压的关系时,改变　　　　　　　　　　　　　　　;
③在探究电流与电阻的关系时,　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)电路故障的判断
①闭合开关,电压表无示数,电流表有示数,则定值电阻　　　　路;
②闭合开关,电压表有示数,电流表无示数,则定值电阻　　　　路。
(3)滑动变阻器规格的选择:根据R滑max=　　　　　,U定为电流最小时定值电阻两端电压。
(4)更换大阻值的定值电阻后,使滑动变阻器接入电路中的阻值变　　　　,电压表的示数始终保持　　　　。
(5)实验中,电流随电压的增大而减小的原因:将电压表并联在了　　　　　　两端。
(6)调节滑动变阻器不能使电压表达到指定示数的原因:滑动变阻器的最大阻值　　　　。
(7)更换阻值不同的电阻的目的:　　　　　　　　　　　　　　　　。
(8)本实验中不能用小灯泡代替定值电阻的原因:灯丝电阻随　　 　　变化而变化。
用图甲所示的电路探究电流与电阻的关系,电源电压为3 V,滑动变阻器的规格为“20 Ω　1.5 A”。
甲
乙
丙
(1)实验时,依次更换不同的电阻,调节　　　　　　　　　,保证电阻两端电压不变,分别记录每次电阻R和电流表示数I,数据如表。
实验次数 1 2 3 4 5
电阻R/Ω 30 20 15 10 5
电流I/A 0.08 0.12 0.16 0.48
电阻的倒数 /Ω-1 0.033 0.050 0.067 0.100 0.200
(2)第4次实验的电流表示数如图乙所示,读数为　　　　A。
(3)为了更精确地描述I与R的关系,在表中增加了的数据,并根据I、的值在图丙的坐标纸中描出了相应的点。请你在图丙中补充第4次的实验数据点,并作出I-图象。
(4)根据图象可以得到的实验结论是
　 。
【补充设问】
(5)当闭合开关试触时,发现电流表指针摆动出现了如图丁所示的情况,存在的问题是　　　　　　　　　　　　　。
丁
(6)连接好电路后,如果将电流表和电压表在电路中的位置交换,则闭合开关后,会发现两表中只有
　　　　(选填“电流”或“电压”)表有示数。
(7)由表中数据可知,实验中定值电阻两端的电压保持　　　　V,滑动变阻器接入电路中的最大阻值应不小于　　　　Ω。
(8)该实验中用20 Ω 的电阻换下30 Ω 的电阻接入电路,闭合开关后,滑动变阻器的滑片P应向
　　　　(选填“左”或“右”)端移动,直至电压表示数与原来相同,记下相应的电流值。
(9)若实验中不小心将电压表并联在了滑动变阻器两端,他　　　　(选填“能”或“不能”)得到电流与电阻的关系,原因是　
　 。
(10)现用图甲所示电路研究导体中的电流与导体两端电压的关系,闭合开关,发现电压表示数接近3 V,电流表指针几乎不偏转,移动滑片的过程中,两电表示数均无变化。已知导线、仪表均完好,且接触良好,则故障原因是　　　　　　。
(11)此实验中多次测量寻找普遍规律的目的与下面的　　　　(选填“A”或“B”)实验中多次测量的目的相同。
A.探究导体中的电流与导体电阻的关系
B.测量未知电阻的阻值
实验二　伏安法测电阻
实验电路图
实验器材
电源、开关、导线、电流表、电压表、定值电阻、　　　　　　、小灯泡等。
实验原理
　　　　　　　　　　。
实验操作
(1)断开开关,调节电流表、电压表的指针指到零刻度处;按电路图连接实物;调节滑动变阻器到阻值　　　　端。
(2)闭合开关,调节滑动变阻器的滑片至适当位置,分别读出电流表的示数I、电压表的示数U,并记录在表格中。
实验次数 1 2 3
电流I/A
电压U/V
电阻R/Ω
交流与反思
(1)滑动变阻器在电路中的作用
①保护电路;
②改变　 。
(2)为了减小误差,测量定值电阻的阻值时应　　　　　　　　　。若测量小灯泡的电阻,　　　　
求平均值,但可以探究灯丝电阻与　　　　的关系。
(3)特殊方法测电阻
①缺电流表:给待测电阻　　　　联一个定值电阻,用I=得到通过Rx的电流;
②缺电压表:给待测电阻　　　　联一个定值电阻,用U=I定R定得到Rx两端的电压。
方法 步骤及测量的物理量 实验电路图 表达式
安 阻 法 闭合S,分别测出通过R0和Rx的电流I0、Ix Rx= R0
(1)S1闭合、S2断开,读出电流表示数Ix。 (2)S2闭合、S1断开,读出电流表示数I0
分别将S拨到1和2,读出电流表示数Ix、I0
伏 阻 法 闭合S,分别测出R0和Rx两端的电压U0、Ux Rx=
(1)将S拨至1,测出Rx两端的电压Ux。 (2)将S拨至 2,测出总电压U Rx=
安 滑 法 (1)闭合S,将P滑至a端,读出电流表示数I1。 (2)将P滑至b端,读出电流表示数I2 Rx=
伏 滑 法 (1)闭合S,将P滑至a端,读出电压表示数U1。 (2)将P滑至b端,读出电压表示数U2 Rx=
等 效 替 代 法 (1)将S拨至a,读出电流表示数Ix。 (2)将S拨至b,调节电阻箱,使电流表的示数为Ix,读出电阻箱的示数R Rx=R
为测量一定值电阻的阻值,某实验小组选用的实验器材有待测电阻Rx、两节干电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线若干。
甲 乙
(1)请你用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路连接完整,要求滑动变阻器滑片向左移动时,电流表示数变大。
(2)小组设计了一个记录与处理数据的表格,请将表中①②处的内容填写完整。
实验次数 ①　　　 ②　　　 电阻Rx/Ω
1
2
3
(3)某次测量时,电压表示数为2.5 V,电流表指针位置如图乙所示,则电流表示数为　　　A,本次测得Rx的阻值为　　　Ω。
(4)本实验进行了多次测量,其目的与下列实验中多次测量的目的相同的是　　　　(选填字母代号)。
A.用刻度尺测量铅笔的长度
B.测量小灯泡的电阻
C.测量小灯泡的电功率
【补充设问】
(5)假如某同学用完好的器材正确连接好电路,实验时正确操作,刚“试触”就发现电流表的指针迅速摆动到最大刻度,其原因可能是:
① 　　　　　　　　　　　　;
② 　　　　　　　　　　　　。
(6)电路中滑动变阻器除对电路有保护作用外,另一个作用是　 。
(7)通过多次实验发现,利用图甲所示的电路测得的待测电阻Rx的阻值总　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值,这是因为　
　 。
(8)用图甲所示的电路测量标有“2.5 V”小灯泡的电阻,闭合开关后发现电流表、电压表均有示数,但灯泡不亮,原因可能是　　　　 。
A.小灯泡断路
B.小灯泡短路
C.滑动变阻器断路
D.滑动变阻器接入电路的阻值过大
(9)实验完成后分析数据发现,小灯泡电阻呈逐渐增大趋势,其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　。
(10)他们又对实验进行了拓展,利用电源(电压未知且恒定不变)、已知阻值为R0的定值电阻、电压表、开关等器材,设计了如图丙所示的电路,也测出了Rx的阻值。请你完成下列实验步骤:
①闭合开关S1、断开S2,读出电压表的示数为U1;
②　　　　　　　,读出电压表的示数为U2;
③待测电阻的阻值Rx=　　　　　　。(用已知量和测得的量的字母表示)
丙
命题点一　探究电流与电压、电阻的关系
(2023·河北)在探究电阻一定时电流与电压关系的实验中,小明把电源、定值电阻、滑动变阻器、电压表、电流表和开关连成电路进行实验。
(1)图1是小明连接的部分电路,请你用笔画线代替导线将电路补充完整。
图1
(2)连接好电路后,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,电压表和电流表的指针都不偏转。图中a为电源的正极,b、c分别为滑动变阻器上电阻丝右侧的接线柱和金属杆右端的接线柱,用一条导线的两端分别连接a和b、a和c进行检测,结果如表1所示。发生故障的元件是　　　　　　。
表1
导线连接点 a和b a和c
电压表指针是否偏转 否 是
电流表指针是否偏转 否 是
(3)排除故障后进行实验。某次实验时,电压表的示数如图2所示,示数为　　　　V。移动滑动变阻器的滑片,记录多组数据填入表2。
图2
表2
数据序号 1 2 3 4 5 6
电压U/V 1.0 1.2 1.4 1.8 2.0 2.4
电流I/A 0.10 0.12 0.14 0.28 0.20 0.24
(4)小明根据表2中的数据画出图象,如图3所示。从图象可以看出,第　　　　(选填数据序号)组数据明显是错误的,分析时需要把它剔除掉。
图3
根据以上数据,小明得出结论:电阻两端的电压与通过电阻的电流之比为定值。
(5)小红按图4连接电路,测量并记录几组电压和电流值,如表3所示,其中R1=10 Ω、R2=5 Ω,U1、U2、I分别表示电压表V1、V2和电流表A的示数。
图4
表3
数据序号 1 2 3 4 5
电压U1/V 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
电压U2/V 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5
电流I/A 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
小红在与小明的交流中,发现用图象法处理数据可以更直观地看出两个量之间的变化关系,于是她也利用表3中的数据在坐标系中画出了三条直线①②③,如图5所示,其中　　　　是由表3中的I和U2的数据画出的。小明认为小红的实验相当于探究了三个定值电阻的电流与电压的关系,证据更充分。交流评估后得出结论:在电阻一定的情况下,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
图5
【拓展】某小灯泡L的额定电流是I0,但额定电压的标识模糊不清,为测定L正常发光时的电阻,小明设计了下列电路,其中定值电阻R0和滑动变阻器的最大阻值R已知,但电源电压未知。为保证电路安全,滑动变阻器均不能调到最小阻值。实验时各电路中的小灯泡L都能调至正常发光。以下电路图中,能够达到目的的有　　　　。
A　　B
C　　D
(2022·河北)在“探究通过导体的电流与电压和电阻的关系”实验中,小明利用可调电压电源(可调为1.5 V、3.0 V、4.5 V、6.0 V之一)、5个定值电阻(阻值分别为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、30 Ω)、滑动变阻器(10 Ω　1 A)、电压表和电流表做了如下实验:
甲
　
乙
丙　
　
丁
(1)他根据图甲所示的电路图连接成了图乙所示的实物电路,其中只有一根导线连接错误,请在这根导线上打“×”,并用笔重新画一根正确连接的导线。(连线不要交叉)
(2)改正图乙电路后,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于　　　　端。
(3)实验时小明设计了如下表格,通过表格可以看出,他的实验目的是探究通过导体的电流与　　　　　的关系。
实验次数 1 2 3 4 5
R/Ω 5 10 15 20 30
I/A
(4)小明将电源电压调为3 V时,按(3)设计的方案进行实验。
①图丙是第2次实验时电流表的示数,示数为　　　　A;
②当其中某个定值电阻接入电路时,无法满足实验条件,这个定值电阻的阻值为　　　　Ω。
(5)小明根据实验数据描绘出了如图丁所示的图象,可以得出结论:
　　　　　　　　　　　　　　。
【拓展】小红利用现有器材又做了下面的实验:
①按图甲连接电路,将电源电压调到某个值,在电路安全条件下闭合开关,移动滑片直到电压表示数为2.5 V;
②保持滑片不动,换接入另一个定值电阻,调节电源电压,在电路安全条件下闭合开关,发现电压表示数恰好为2.5 V。通过以上实验现象可以推断:此时滑动变阻器接入电路的阻值为　　　　Ω。
命题点二　欧姆定律的相关计算
(2024·河北)如图所示,电源电压不变,R1、R2均为定值电阻,R1=20 Ω,R2=10 Ω,R为滑动变阻器,电压表V1的量程为0~15 V,V2的量程为0~3 V。闭合开关,滑动变阻器R的滑片置于某一位置A时,电压表V1的示数为14 V,V2的示数为2 V。在保证电路安全的情况下移动R的滑片,两电表均能达到满偏。
(1)求滑片置于A时,电路中的电流。
(2)求电源电压。
(3)用最大阻值为50 Ω的滑动变阻器R0替换电阻R1,不改变其他元件的连接。闭合开关,使电路总功率保持最大,在保证电路安全的情况下,调节R和R0接入电路的阻值,其中R仅可以在替换前的范围内变化,求R0接入电路的阻值范围。
(2019·河北)如图1所示,电源电压保持不变,定值电阻R1=10 Ω,R2=5 Ω。滑动变阻器R的规格为“30 Ω　2.5 A”。电流表A2选用0~3 A的量程,电压表选用0~15 V的量程。闭合全部开关,电流表A1的示数为1 A。
(1)求电源电压。
(2)若将表盘如图2所示的电流表A3接入电路,闭合全部开关,改变滑动变阻器滑片的位置,电流表A3的指针恰好指在满偏的三分之二处,求滑动变阻器接入电路的可能值。
(3)用一个新的电源替代原来的电源,只闭合S。在保证电路安全的情况下,求电源电压的最大值。
图1
　
图2
【详解答案】
教材考点·深度梳理
①正比　②反比　③　④IR　⑤
重点难点·提升训练
重难点
例2　2.5
解析:由电路图可知,两电阻并联,电流表A1测R1支路的电流,电流表A2测干路电流。因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以电流表A2示数大于电流表A1的示数,所以电流表A2选用的量程为0~3 A,分度值为0.1 A,示数为1.5 A,即I=1.5 A,根据欧姆定律可得,电路总电阻R===2 Ω;电流表A1选用的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,示数为0.3 A,即I1=0.3 A,根据并联电路电流的规律知,通过R2的电流为I2=I-I1=1.5 A-0.3 A=1.2 A;并联电路各支路两端电压相等,电阻R2的阻值:R2===2.5 Ω。
变式训练
1.变大　6　12
解析:由电路图可知,定值电阻R0与滑动变阻器R串联接入电路,电压表测滑动变阻器R两端的电压,电流表测电路中的电流;当被测身高增加时,滑动变阻器滑片向上滑动,滑动变阻器接入电路的阻值变小,电路中的总电阻变小,由欧姆定律I=可知,电路中的电流变大,即电流表的示数变大;已知电压表的示数为4 V,即滑动变阻器两端的电压UR=4 V,根据串联电路电压规律可知,定值电阻两端的电压U0=U-UR=12 V-4 V=8 V,则电路中的电流I=== A,所以滑动变阻器接入电路的阻值R===6 Ω;电流表和电压表位置互换后,电压表就串联接入电路,由于电压表电阻很大,因此电路中的电流就很小,故定值电阻的电压很小,因此电压表示数接近电源电压,即为12 V。
2.3　0.2　10
解析:由电路图可知,闭合开关S1时,电路为L1的简单电路,两电流表都测通过L1的电流,即I1=0.2 A,再闭合开关S2时,两灯并联,A1测干路电流,A2测L1支路电流,电压表测L2两端电压,由并联电路电压规律可知,电源电压为U=U2=3 V;因为并联电路支路间互不影响,所以通过L1的电流仍为0.2 A,由并联电路的电流特点可知,通过L2的电流为I2=I-I1=0.5 A-0.2 A=0.3 A,由I=可知,灯泡L2的电阻为R===10 Ω。
重点实验·完全突破
实验一
2.滑动变阻器
3.(1)串　(2)阻值最大处
4.(1)定值电阻的阻值　(2)定值电阻两端的电压不变
7.正比　反比
8.(1)②定值电阻两端的电压　③保持定值电阻两端的电压不变　
(2)①短　②断　(3)　
(4)大　不变　(5)滑动变阻器　(6)过小
(7)多次测量,使结论更具普遍性　
(8)温度
即时演练
(1)滑动变阻器的滑片　(2)0.24
(3)如图所示:
(4)电压一定时,电流与电阻的倒数成正比(或电压一定时,电流与电阻成反比)
(5)电流表正、负接线柱接反了　
(6)电压　(7)2.4　7.5　(8)左　
(9)能　由于电源电压不变,更换定值电阻后调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数不变,即可控制定值电阻两端电压不变
(10)电阻R断路　(11)A
解析:(6)将电流表和电压表交换位置后,相当于把电压表串联在电路中,则电流表无示数,电压表示数近似等于电源电压。(7)探究电流与电阻的关系时,要保持电阻两端的电压不变,由表中数据可知定值电阻两端电压UR=IR=0.08 A×30 Ω=2.4 V,滑动变阻器两端的电压U滑=U-UR=3 V-2.4 V=0.6 V。根据串联电路特点,当R=30 Ω时,R滑=7.5 Ω,则滑动变阻器接入电路中的最大阻值应不小于7.5 Ω。(8)将30 Ω电阻换成20 Ω的电阻后,定值电阻两端分压变小,滑动变阻器分压增大,为保持定值电阻两端电压不变,应向左端移动滑片,使滑动变阻器接入电路的阻值减小,增大定值电阻的分压,直到电压表示数与原来相同。(10)题中描述情况应是电路中出现了断路,而电压表的示数接近3 V,说明电压表与电源是接通的,那么出现的故障应是电阻R断路了。(11)探究导体中的电流与导体电阻的关系时,进行多次测量是为了寻找普遍规律,避免偶然性;而测量未知电阻的阻值时进行多次测量是为了取平均值减小实验误差,故A选项正确。
实验二
2.滑动变阻器
3.R=
4.(1)最大
5.(1)②定值电阻或灯泡两端的电压
(2)多次测量求平均值　不能　温度
(3)①串　②并
即时演练
(1)如图所示:
(2)①电压U/V　②电流I/A
(3)0.5　5　(4)A
(5)①电源电压过大　②选用电流表的量程太小
(6)改变待测电阻两端的电压
(7)小于　电流表测量的是通过电压表和Rx的总电流,测得的电流偏大,所以Rx偏小　(8)D
(9)灯丝电阻随温度的升高而增大
(10)②闭合开关S1、S2
③
解析:(1)本题是利用伏安法测量定值电阻的阻值,按照伏安法电路结构连接实物图。电压表测量定值电阻两端的电压,滑动变阻器与定值电阻串联,滑片向左移动时,电流表示数变大,即滑动变阻器连入电路的阻值减小,故滑动变阻器接入左下接线柱。(2)伏安法的测量原理是R=,所以表格需要记录的测量值是定值电阻两端的电压和通过它的电流,注意表头上的物理量需要标注单位。(3)电流表接0~0.6 A量程,分度值为0.02 A,故图乙中电流表示数为0.5 A,电阻值Rx===5 Ω。(4)本实验多次测量的目的是减小误差,和A选项的目的相同,故选A。(6)为了减小测量误差,需要多测几次待测电阻的值,因此需要改变待测电阻两端的电压。(7)电压表测量的是电阻两端的电压,但电流表测量的是通过电压表和电阻的总电流(因为电压表和电阻并联),因此电流表的示数比通过电阻的实际电流大,因此若用R=计算电阻值,则待测电阻Rx的阻值小于真实值。(8)因为电流表有示数,故电路为通路,若小灯泡短路,则电压表没有示数;当滑动变阻器接入电路的阻值过大时,电路中的电流过小,灯泡的实际功率过小,所以灯泡不亮,故D正确。(9)当电压增大时,灯泡的实际功率变大,灯丝温度升高,而通常金属灯丝的电阻随温度的升高而变大。(10)①闭合S1,断开S2,电压表串联在电路中,测量的是电源电压U1;②再闭合S2,定值电阻R0与Rx串联在电路中,电压表测量的是R0两端的电压U2,Rx两端的电压Ux=U1-U2;③此时电路中的电流Ix=,待测电阻的阻值Rx=。
河北中考·真题体验
1.(1)如图所示:
(2)滑动变阻器　(3)1.2　(4)4
(5)③　【拓展】ACD
解析:(1)通过观察发现,电路中只有电压表未接入电路,只需要用导线把电压表的负接线柱与定值电阻的左侧接线柱连入电路即可。(2)闭合开关后,电压表与电流表都没有示数,说明电路中某处是断开的,当用导线连接a和b后,发现两表仍然没有示数,说明不是a、b间断路,当用导线连接a和c后,发现两个电表均有了示数,说明是b、c间断路,故可推断是滑动变阻器出现了断路。(3)由电压表接入的是0~3 V量程可知,其读数是1.2 V。(4)从图3可以看出,第4组数据点在直线外,而其他点都在直线上,说明第4组数据明显是错误的,需要将它剔除掉。(5)由表3可知,======15 Ω,分析图5,可知图线③是根据表3中的I和U2的数据画的。【拓展】A图中只有电流表,先只闭合开关S1,小灯泡、定值电阻、滑动变阻器串联,移动滑动变阻器的滑片使电流表的示数为I0,再闭合开关S2,保持滑片位置不变,读出电流表的示数I1,再将滑动变阻器滑片调到阻值最大处,读出电流表的示数为I2,此时电源电压为U=I2(R+R0),则开始两次滑动变阻器接入电路的电阻为R滑=-R0,根据U额=U-U0-U滑算出小灯泡的额定电压,由RL=计算小灯泡正常发光时的电阻,故A符合题意;B图中只有电压表,无法确定灯泡何时正常发光,所以不能测量出小灯泡正常发光时的电阻,故B不符合题意;C图中只有电流表,先只闭合开关S1,小灯泡与滑动变阻器串联,移动滑动变阻器的滑片使电流表的示数为I0,再断开开关S1,闭合开关S2,保持滑片位置不变,读出电流表的示数为I1,再将滑动变阻器的滑片调到阻值最大处,读出电流表的示数为I2,此时电源电压为U=I2(R+R0),则开始两次滑动变阻器接入电路的电阻为R滑=-R0,根据U额=U-U滑算出小灯泡的额定电压,由RL=计算小灯泡正常发光时的电阻,故C符合题意;D图中只有电压表,先只闭合开关S1,小灯泡、定值电阻、滑动变阻器串联,电压表测量定值电阻两端的电压,移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数为I0R0,再闭合开关S2,定值电阻与滑动变阻器串联,电压表测量定值电阻两端的电压,保持滑片位置不变,读出电压表的示数U1,再将滑动变阻器的滑片调到阻值最大处,读出电压表的示数为U2,此时电路中的电流为I=,滑动变阻器两端的电压为U滑=IR=,根据串联电路电压的规律算出电源电压U=U2+U滑=U2+,由欧姆定律算出开始两次滑动变阻器接入电路的电阻和第一次滑动变阻器两端的电压,由串联电路电压的规律算出小灯泡的额定电压,根据欧姆定律算出小灯泡正常发光时的电阻,故D符合题意。
2.(1)如图所示:
(2)左　(3)导体电阻　
(4)①0.2　②30
(5)在导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比　
【拓展】②4
解析:(1)由图乙可知,图中定值电阻和电压表没有接入电路,定值电阻应串联在电路中与电压表并联,电流从电压表的正接线柱流入,负接线柱流出。(2)为了保护电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到最大阻值处,由图乙知,滑片右侧电阻丝接入电路,所以滑片应移到阻值最大的左端。(3)由表中数据可知,小明改变的是定值电阻的阻值,因此是探究通过导体的电流与导体电阻的关系。(4)①由图乙可知,电流表选用的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,由图丙电流表的指针位置可知,读数为0.2 A;②由表中数据可知,第2次所用定值电阻的阻值为10 Ω,由欧姆定律可知,定值电阻两端的电压始终保持UV=IR=0.2 A×10 Ω=2 V,根据串联电路电压的规律,滑动变阻器分得的电压:U滑=U-UV=3 V-2 V=1 V,电压表示数为滑动变阻器分得的电压的=2倍,根据串联分压原理,当滑动变阻器连入电路中的电阻最大为10 Ω时,定值电阻的阻值为R=2×10 Ω=20 Ω,因此定值电阻的阻值不能超过20 Ω,故30 Ω的定值电阻无法满足实验条件。(5)由图丁可知,I-的图象为过原点的一条直线,因此电流与电阻的倒数成正比,故可得结论:在导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。【拓展】根据电压表的示数为2.5 V,可以排除电源电压为1.5 V,由串联电路的电压特点可知,当电源电压为3.0 V时,滑动变阻器两端的电压为U滑1=U1-UV=3.0 V-2.5 V=0.5 V,当电源电压为4.5 V时,滑动变阻器两端的电压为U滑2=U2-UV=4.5 V-2.5 V=2 V,当电源电压为6.0 V时,滑动变阻器两端的电压为U滑3=U3-UV=6.0 V-2.5 V=3.5 V,由串联电路的分压原理可知滑动变阻器接入电路的电阻与定值电阻的阻值之比分别为==,==,==,由题意可知,在两次实验中,滑动变阻器接入电路的阻值不变,因此两次实验中定值电阻的阻值之比可能为,,,由器材中的5个定值电阻的阻值可知,只有5 Ω和20 Ω满足上述条件,故两次的电源电压分别为3.0 V和4.5 V,因为滑动变阻器的最大阻值为10 Ω,结合和可知,定值电阻R1=20 Ω,R2=5 Ω,因此滑动变阻器接入电路的阻值:R滑=×20 Ω=4 Ω。
3.解:(1)由图可知,R1、R2和R串联,电压表V1测R2和R两端的总电压,电压表V2测R2两端的电压;闭合开关,滑动变阻器R的滑片置于某一位置A时,电压表V1的示数为14 V,V2的示数为2 V,根据串联电路电流特点结合欧姆定律可知,电路中的电流:I=I2===0.2 A。
(2)R1两端电压:UR1=I2R1=0.2 A×20 Ω=4 V,
则电源电压:U=UR1+U1=4 V+14 V=18 V。
(3)当电压表V1满偏时,即U1'=15 V,滑动变阻器R接入电路的阻值最大,根据串联电路电压规律可知,R1两端电压:UR1'=U-U1'=18 V-15 V=3 V,
此时电路中的电流:I'===
A,
R2两端电压:U2'=I'R2= A×10 Ω=1.5 V,
滑动变阻器R两端电压:UR=U1'-U2'=15 V-1.5 V=13.5 V,
则滑动变阻器R接入电路的最大阻值:RR大===90 Ω;
当电压表V2满偏时,即U2″=3 V,滑动变阻器R接入电路的阻值最小,
此时电路中的电流:I″===0.3 A,
电路的总电阻:R总===60 Ω,
则滑动变阻器R接入电路的最小阻值:RR小=R总-R1-R2=60 Ω-20 Ω-10 Ω=30 Ω,
故R在替换前的阻值变化范围为30~90 Ω。
用最大阻值为50 Ω的滑动变阻器R0替换电阻R1,要使电路总功率最大,即电路中的电流最大,当电压表V2满偏时,电路中的电流最大,此时电路中的电流为I″=0.3 A,电路的总电阻为R总=60 Ω,
根据电阻的串联可知,R0+R2+R=60 Ω,即R0+R=60 Ω-R2=60 Ω-10 Ω=50 Ω,
因R仅可以在替换前的范围内变化,
当R=30 Ω时,R0max=20 Ω;
当电压表V1、V2均满偏时,根据串联分压原理可知,,代入数据得=,即5R0-R=10 Ω,
因R0+R=50 Ω,解得R0=10 Ω,此时R0接入电路的阻值最小,即R0min=10 Ω。故R0接入电路的阻值范围为10~20 Ω。
4.解:(1)当开关全部闭合时,R1与R并联,则电源电压:
U=I1R1=1 A×10 Ω=10 V。
(2)将A3接入电路,开关全部闭合,分析题意可知,有两种连接方法:①A3串联在干路中;②A3与R串联。①当A3串联在干路中时,由于I1=1 A,则A3选用0~3 A的量程,由题意可知,干路中的电流:I=2 A,通过滑动变阻器的电流:IP1=I-I1=2 A-1 A=1 A,
此时滑动变阻器的阻值:
RP1===10 Ω。
②当A3与R串联时,A3可选用0~3 A和0~0.6 A的量程,A3选用0~3 A量程时,IP2=2 A,此时滑动变阻器的阻值:RP2===5 Ω;
A3选用0~0.6 A量程时,由题意可知,IP3=0.4 A,此时滑动变阻器的阻值:RP3===25 Ω。
所以滑动变阻器连入电路中的阻值可能是5 Ω、10 Ω或25 Ω。
(3)只闭合S时,R2与R串联,由题意可知,电路中的电流Imax=2.5 A,
当R两端的电压URmax=15 V时,
新电源电压最大,R2两端的电压:
U2=ImaxR2=2.5 A×5 Ω=12.5 V,
新电源电压的最大值:
Umax=URmax+U2=15 V+12.5 V=27.5 V。专项七　电学分类讨论类相关计算
(1)电路调节要求
　　题目要求调节到的电流、电压或电表示数往往是解题的切入点,电表示数要根据指针位置及可能的量程来判断。
(2)元件规格限制
a.电流表、电压表:电流、电压不超出电表可能的量程,这是解题的重要条件;
b.小灯泡:电路中有小灯泡时,要保证小灯泡不被烧毁,电流和电压不超过其额定值;
c.滑动变阻器:电路中有滑动变阻器时,滑动变阻器接入电路的阻值不可能大于其最大阻值,同时电路电流不要超过其额定电流,保证其不被烧毁;
d.电源:电路总电压不超出电源电压可调的范围,部分电路的电压不能超过电源电压。
(3)分类讨论的注意事项
a.分类要全面;
b.分析每种情况下电路的连接和物理量的变化,不同情况要区分开,不能将某一种情况下的物理量代入另一种情况进行计算;
c.计算出结果后,注意要和题目条件进行对比验证,注意电路安全问题。
类型一　连接方式不确定
如图所示的电路中,电源电压恒为6 V、电阻R1的阻值为10 Ω,滑动变阻器R2标有“20 Ω　1 A”字样。闭合开关后,电流表的示数为0.4 A。
(1)求R1两端的电压U1。
(2)求此时R2连入电路的阻值。
(3)把上述器材重新连接后,闭合开关,在确保安全的情况下,移动滑片的过程中电流表示数能达1.2 A,可判断出电流表测量的是　　　　(选填“R1”“R2”或“干路”)的电流,求移动滑片时电流表示数能达到的最大范围。
类型二　电表量程不确定
(2024·石家庄裕华区模拟)电源电压不变,在如图甲所示电路中,R1=15 Ω,滑动变阻器R2标有“50 Ω　2 A”字样,闭合开关S,移动滑动变阻器滑片P至中点,电流表示数如图乙所示。
(1)求此时电压表示数。
(2)求移动滑动变阻器滑片的过程中R1的最大功率。
(3)电源更换为可调电压电源,在电压表、电流表的量程均不改变的情况下,调节电源电压,在移动滑动变阻器滑片的过程中,两电表在不同时刻分别能达到某量程的满刻度,且电路正常工作。求满足上述要求的电源电压范围。
甲 乙 丙
类型三　电表接入位置不确定
(2024·唐山模拟)如图所示,电源电压为15 V不变。定值电阻R1的阻值为5 Ω,滑动变阻器上标有“2 A”字样。闭合开关S后,移动滑片P至某一位置时,电流表的示数为1.2 A。
(1)求R1的电功率。
(2)求滑动变阻器R2接入电路的阻值。
(3)电路中接入一个量程为0~15 V电压表,在电路安全的条件下,移动滑片P,电压表示数最小值与最大值之比为,求R2接入电路的最大阻值。
类型四　物理量的变化不确定
(2024·石家庄裕华区二模)在如图甲所示的电路中,电源电压为18 V且不变,定值电阻R1的阻值为5 Ω,滑动变阻器R2的规格为“* Ω　2 A”,小灯泡的额定电压为6 V,其I-U图象如图乙所示,只闭合开关S、S2,当滑片P置于中点时,小灯泡正常发光。
甲　　乙
丙
(1)求小灯泡的额定功率及滑动变阻器R2的最大阻值。
(2)求只闭合开关S、S1时,在电路安全的前提下,电路总功率的最小值和最大值。
(3)用定值电阻R0替换R1,在电路中接入一个电压表,表盘如图丙所示。只闭合S、S1,调节滑片过程中电压表能满偏,且在电路安全前提下,电压表示数的最大变化量为9 V,求R0的可能值。
【详解答案】
1.解:(1)R1两端的电压为
U1=IR1=0.4 A×10 Ω=4 V。
(2)R2两端的电压为
U2=U-U1=6 V-4 V=2 V,
R2连入电路的阻值为
R2===5 Ω。
(3)干路
当滑动变阻器连入电路的阻值最大时,该支路的电流最小,总电流最小,则电流表的最小示数为
I小=I1+=+=0.9 A,
当通过滑动变阻器的电流最大为1 A时,总电流最大,则电流表的最大示数为
I大=I1+=+1 A=1.6 A,
所以电流表示数能达到的最大范围为0.9~1.6 A。
2.解:(1)由题图乙所示电流表可知,电流表示数I=0.3 A,滑片在中点,滑动变阻器接入电路的阻值R2===25 Ω,
电压表示数U2=IR2=0.3 A×25 Ω=7.5 V。
(2)电路中的最大电流等于电流表最大量程0.6 A,R1最大功率P1=R1=(0.6 A)2×15 Ω=5.4 W。
(3)由(1)电压表示数7.5 V>3 V,可知电压表应选0~15 V量程。由题图得,电流表选0~0.6 A量程,由题意,两表在不同时刻达到某量程的满刻度,分两种情况讨论:
当电流表满偏时,电路电流I=0.6 A,
①电路中只有R1时,电源电压最小U小=IR1=0.6 A×15 Ω=9 V;
②当R滑=50 Ω时,电压表示数最大,电压表示数为U2=IR滑=0.6 A×50 Ω=30 V>15 V,不符合题意,所以电压表最大为15 V,
此时电源电压最大为U大=IR1+U滑=0.6 A×15 Ω+15 V=24 V,所以电源电压范围为9~24 V。
当电压表满偏时,电压表示数为15 V,
①滑动变阻器连入电路的阻值最大时,电路中电流最小,U1最小,电源电压最小,此时电流为I小===0.3 A,由串联电路的电压规律知,电源电压U小=I小×R1+U2=0.3 A×15 Ω+15 V=19.5 V;
②当电流表为0.6 A时,电源电压最大,由串联电路的电压规律知,电源电压最大为U大=U1+U2=0.6 A×15 Ω+15 V=24 V,电源电压范围为19.5~24 V。
3.解:由电路图可知,电阻R1与滑动变阻器R2串联,电流表测电路中的电流。
(1)R1的电压:U1=IR1=1.2 A×5 Ω=6 V,
R1的电功率:P1=U1I=6 V×1.2 A=
7.2 W。
(2)根据串联电路特点知,R2的电压:U2=U-U1=15 V-6 V=9 V,
根据欧姆定律知,R2接入电路的阻值:R2===7.5 Ω。
(3)电压表接入电路,可能接在R1的两端,当滑动变阻器接入电路的阻值最小时,电路中的电流最大,为2 A,此时电压表的示数最大为U大=IR1=2 A×5 Ω=10 V,
根据电压表示数最小值与最大值之比为,最小电压为U小=×10 V=3.75 V,则滑动变阻器的电压为U2大=U-U小=15 V-3.75 V=11.25 V,
根据串联分压规律,得R1∶R2=U1∶U2大=3.75 V∶11.25 V;R2=3R1=15 Ω;
当电压表并联在R2的两端,滑动变阻器接入电路的阻值最小时,电流最大,电压表的示数最小,此时R1两端的电压U1=IR1=2 A×5 Ω=10 V,则电压表示数最小值为U小=U-U1=15 V-10 V=5 V,电压表示数最大值为U'2大=×5 V= V,
R1∶R2=U1∶U'2大=∶ V=1∶8,
R2=8R1=40 Ω;
因为电压表示数变化,不可能接在电源两端,所以R2接入电路的最大阻值是15 Ω或40 Ω。
4.解:(1)只闭合开关S、S2,小灯泡和滑动变阻器串联,电流表测电路中的电流;当滑片P置于中点时,小灯泡正常发光,由题图乙可知,此时通过小灯泡的额定电流为1.2 A,则小灯泡额定功率:PL=ULIL=6 V×1.2 A=7.2 W。根据串联电路电压规律可知,滑动变阻器两端电压为U滑=U-UL=18 V-6 V=12 V,根据串联电路电流特点和欧姆定律可得,滑动变阻器接入电路的阻值为R滑===10 Ω,故滑动变阻器最大阻值为R滑大=2R滑=2×10 Ω=20 Ω。
(2)只闭合开关S、S1时,定值电阻和滑动变阻器串联,电流表测串联电路的电流。
当滑动变阻器最大阻值接入电路时,电路中电流最小,最小电流为I小===0.72 A,则电路总功率的最小值为P小=UI小=18 V×0.72 A=12.96 W;
因滑动变阻器允许通过的最大电流为2 A,即电路中最大电流为2 A,则电路总功率的最大值为P大=UI大=18 V×2 A=36 W。
(3)由题意可知,电流表量程为0~3 A,电压表量程为0~15 V,因为电源电压为18 V,所以电压表连接方式有两种,即与R0并联或与滑动变阻器并联。在电路安全前提下,电压表的最大值为15 V,最小值为15 V-9 V=6 V,
①电压表与R0 并联,滑动变阻器阻值最大为20 Ω时,电压表示数最小为6 V,此时,即=,解得R0=10 Ω;
当电压表示数为15 V时,电流为I==1.5 A<2 A,成立;
②电压表与滑动变阻器并联,电流最大为2 A时,电压表示数最小为6 V,此时R0===6 Ω,
当电压表示数为15 V时,,即=,解得R滑大=30 Ω>20 Ω,不成立。
综上所述,R0 的可能值为10 Ω。专项五　动态电路的分析与计算
类型一　滑动变阻器类
(1)含滑动变阻器的串联电路
(2)含滑动变阻器的并联电路
(2024·邯郸模拟改编)在如图所示的电路中,电源电压恒定,闭合开关S后,将滑动变阻器的滑片P向右移动。下列说法不正确的是 (　　)
A.电压表V2的示数变小,电压表V1的示数与电流表A的示数的比值变小
B.电压表V1的示数变大,电压表V1与电压表V2示数的变化量相等
C.电压表V2的示数变化量与电流表A的示数变化量之比等于R1
D.电压表V1的示数与电流表A的示数的乘积变大,电路总功率变大
如图所示,R1是定值电阻,R2是滑动变阻器,电源电压保持不变,当滑动变阻器R2的滑片P向b端滑动时,下列说法正确的是 (　　)
A.电压表V的示数变小,电流表A1的示数变小
B.电压表V的示数变大,电流表A2的示数不变
C.电压表V的示数不变,电流表A1的示数变大
D.电压表V的示数与电流表A2的示数之比不变
类型二　开关通断类
如图所示,电源电压恒定,先只闭合开关S1,两电表均有示数;再断开S1,同时闭合S2和S3,此过程中 (　　)
A.电压表示数变大,电流表示数变小
B.电压表示数变小,电流表示数不变
C.电压表示数与电流表示数乘积变大
D.电压表示数与电流表示数比值不变
(2024·河北二模改编)如图所示,电源电压和灯泡电阻不变,当闭合开关S2和S3,断开S1时,灯泡L正常发光;当闭合开关S1和S3,断开S2时,电压表示数为6 V,电流表示数为1.6 A;当只闭合开关S2时,灯泡L消耗的实际功率为其额定功率的,R1与R2消耗的功率之比为3∶1。下列说法不正确的是 (　　)
A.电源电压为6 V
B.灯泡L的额定功率为3.6 W
C.R1的阻值为15 Ω
D.当只闭合S2时,电压表的示数为1 V
类型三　滑动变阻器+多开关类
(2024·河北一模改编)如图所示的电路图,电源电压U恒定,R1、R2两个电阻的阻值相等,滑片P在中间位置,此时滑动变阻器接入电路的阻值R=2R1。下列说法不正确的是 (　　)
A.开关全部闭合,A1与A2的示数之比为2∶3
B.开关全部闭合,滑片P向右移动时,两个电流表示数均变小,电压表示数与电流表A1示数之比变大
C.开关全部闭合,滑片P移动到右端时,电路总功率最小为
D.若将电流表A1换成电压表V1,只闭合开关S和S2,将滑片P向左移时,电压表V1变化量和电流表A2变化量的比值等于R1
(2024·保定竞秀区一模改编)如图所示电路,电源电压不变,R1的阻值为12 Ω,滑动变阻器R2的规格为“80 Ω　1 A”,灯泡L标有“12 V　6 W”字样,电流表选用0~3 A的量程,电压表选用0~15 V的量程。只闭合开关S1,电压表的示数为12 V;只闭合开关S2,滑片置于最右端时,电流表的示数为0.2 A。下列说法不正确的是 (　　)
A.电源电压为18 V
B.只闭合开关S2时,滑片置于最右端时,灯泡电阻为24 Ω
C.开关都闭合时,移动滑片P,电路消耗的最大功率为45 W
D.将灯泡和R2互换,只闭合开关S1,滑动变阻器接入电路的最大阻值为60 Ω
(2024·石家庄新华区二模改编)如图所示电路,电源电压恒为6 V,甲、乙是电压表或电流表,滑片P在中间位置。若将开关S和S2闭合,S1断开,此时每个用电器都有电流通过。定值电阻R1=R2=10 Ω,滑动变阻器R上标有“40 Ω　0.3 A”字样,下列说法不正确的是 (　　)
A.甲是电压表,乙是电压表
B.若只闭合开关S,将滑片向右移动,乙表示数变小
C.若只闭合开关S,电路的最小功率为0.6 W
D.若三个开关都闭合,且将表甲换成另一种表,调节滑动变阻器,电路的总电阻最小为5 Ω
【详解答案】
1.A　解析:由电路图可知,R1与R2串联,电压表V1测R1两端的电压,电压表V2测R2两端的电压,电流表测电路中的电流。将滑动变阻器的滑片P向右移动,滑动变阻器接入电路中的电阻变小,根据串联电路电阻规律可知电路总电阻变小,根据欧姆定律可知通过电路的电流变大,根据串联分压原理可知滑动变阻器两端的电压变小,串联电路总电压等于各部分电压之和,根据串联电路电压规律可知定值电阻两端的电压变大,且两电压表示数变化量相同,根据欧姆定律可知电压表V1的示数与电流表A的示数的比值即定值电阻的阻值,所以电压表V1的示数与电流表A的示数的比值不变,故A不正确,B正确;两电压表示数变化量相同,所以电压表V2的示数变化量与电流表A的示数变化量之比等于定值电阻的阻值,故C正确;定值电阻两端的电压变大,所以电压表V1的示数与电流表A的示数的乘积变大,通过电路的电流变大,根据P=UI可知电路总功率变大,故D正确。
2.D　解析:由电路图可知,R1与R2并联,电压表测电源的电压,电流表A1测干路电流,电流表A2测R1支路的电流;因电源电压保持不变,所以滑片移动时,电压表V的示数不变;因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以滑片移动时,通过R1的电流不变,即电流表A2的示数不变;当滑动变阻器R2的滑片P向b端滑动时,变阻器接入电路中的电阻变大,由I=可知,通过R2的电流变小,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以干路电流变小,即电流表A1的示数变小,故A、B、C错误;电压表示数不变,电流表A2的示数不变,则电压表V的示数与电流表A2的示数之比不变,故D正确。
3.C　解析:由电路图可知,只闭合开关S1时,两电阻串联,电压表测电源的电压,电流表测电路中的电流;再断开S1,同时闭合S2和S3,R1、R2并联,电压表测电源的电压,电流表测通过R1的电流;由于电源电压不变,所以电压表示数不变;两电阻串联时,总电阻大于R1的阻值,根据I=可知,两电阻并联时通过R1的电流变大,即电流表示数变大,则电压表示数与电流表示数乘积变大,电压表示数与电流表示数比值变小。综上可知,C正确,A、B、D错误。
4.D　解析:当闭合开关S2和S3,断开S1时,电路为灯泡的简单电路,灯泡L正常发光;当闭合开关S1和S3,断开S2时,R1、R2并联,电流表测量干路电流,电压表测量电源电压,电压表示数为6 V,则电源电压为6 V,电流表示数为1.6 A;当只闭合开关S2时,R1、R2、L串联,灯泡L消耗的实际功率为其额定功率的,灯泡的额定电压等于电源电压,为6 V,由电功率计算公式P=,得∶=,则此时灯泡的电压为UL=U,由欧姆定律得,灯泡单独工作时与灯泡和两电阻串联时,电路电流之比为IL∶IL'=U∶UL=U∶U=3∶1,则RL∶(RL+R1+R2)=IL'∶IL=1∶3,RL=;只闭合S2时,R1与R2消耗的功率之比为3∶1;结合串联电路的电流关系及P=I2R,得R1∶R2=P1∶P2=3∶1,R1、R2并联时,利用并联电路的电流关系求得干路电流为I=I1+I2==+=1.6 A,联立方程组解得R1=15 Ω,R2=5 Ω,灯泡L的额定功率为PL===3.6 W;当只闭合S2时,电路的电流为I'===0.2 A,电压表测量R1两端的电压,则电压表的示数为U1=I'R1=0.2 A×15 Ω=3 V,故A、B、C正确,D不正确。
5.A　解析:开关全部闭合,R、R1、R2并联接入电路,电流表A1测通过R和R2的电流之和,电流表A2测干路电流,电压表测电源电压,并联电路各支路两端电压相等,并联电路干路电流等于各支路电流之和,根据欧姆定律可得A1与A2的示数之比为==,故A不正确;开关全部闭合,滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,通过滑动变阻器的电流变小,根据并联电路电流规律可知两个电流表示数均变小,电压表示数不变,电压表示数与电流表A1示数之比变大,故B正确;开关全部闭合,滑片P移动到右端时,滑动变阻器接入电路的阻值为4R1,电路总功率最小为P=UI=U×=U×,故C正确;将电流表A1换成电压表V1,只闭合开关S和S2,R1、R、R2串联接入电路,电压表V1测R和R1的电压之和,电压表V测R2两端的电压,电流表A2测通过电路的电流,将滑片P向左移时,滑动变阻器接入电路的阻值减小,根据串联分压原理可知电压表V1示数变小,根据串联电路电压规律可知电压表 V示数增大,且两表示数变化量相同,根据欧姆定律可知电压表V变化量和电流表A2变化量的比值等于R2,所以电压表V1变化量和电流表A2变化量的比值等于R2,因R1、R2阻值相等,故D正确。
6.B　解析:只闭合开关S1,电压表的示数为12 V,此时灯泡L和电阻R1串联,电压表测量的是灯泡L两端的电压,灯泡正常发光,电路中的电流为I===0.5 A,R1两端的电压为U1=IR1=0.5 A×12 Ω=6 V,电源电压为U=U1+UL=6 V+12 V=18 V,故A正确;只闭合开关S2,滑片置于最右端时,此时灯泡L和滑动变阻器串联,电流表的示数为0.2 A,电路中的总电阻为R'===90 Ω,此时灯泡的电阻为RL'=R'-R2=90 Ω-80 Ω=10 Ω,故B不正确;开关都闭合时,灯泡L被短路,定值电阻和滑动变阻器并联,因为滑动变阻器支路上的最大电流为1 A,定值电阻支路的电流为I1===1.5 A,干路中的最大电流为I'=I1+I滑=1.5 A+1 A=2.5 A,所以电路消耗的最大功率为Pmax=UI'=18 V×2.5 A=45 W,故C正确;将灯泡和R2互换,只闭合开关S1,此时电阻R1和滑动变阻器R2串联,电压表测量的是R2两端的电压,达到最大值15 V,此时电路的电流最小,为Imin===0.25 A,此时滑动变阻器接入电路的电阻为R2'===60 Ω,故D正确。
7.D　解析:若将开关S和S2闭合,S1断开,此时每个用电器都有电流通过,据此可知甲不能是电流表,否则R1与R被短路,无电流通过R1和R,故甲为电压表;乙不能是电流表,否则R2被短路,无电流通过R2,故乙为电压表;此时R1、R和R2串联,电压表甲测量R1与R两端的总电压,电压表乙测量R2两端的电压,故A正确。若只闭合开关S,R1、R和R2串联,电压表乙测量R2两端的电压,将滑片向右移动,变阻器接入的电阻变大,电路的总电阻变大,由欧姆定律可知电路中的电流变小,定值电阻R2两端的电压即乙表示数的变小,故B正确。若只闭合开关S,当滑动变阻器的滑片在最右端时,电路的总电阻最大,根据串联电路电阻规律可得,电路的总电阻为R总大=R1+R+R2=10 Ω+40 Ω+10 Ω=60 Ω,由P=UI=知,电路的最小功率为P小===0.6 W,故C正确。若三个开关都闭合,且将表甲换成电流表,R1、R与R2并联,电压表乙测量电源电压,电流表甲测量通过R和R2的总电流;根据滑动变阻器的规格参数可知,滑动变阻器中允许通过的最大电流为I滑大=0.3 A,由并联电路规律和欧姆定律可得,通过R1的电流为I1===0.6 A,通过R2的电流为I2===0.6 A,由并联电路电流规律可得,电路的总电流最大为I=I1+I滑大+I2=0.6 A+0.3 A+0.6 A=1.5 A,根据欧姆定律可得,电路的总电阻最小为R总===4 Ω,故D错误。

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