Question

葉子、小明和小雨在探究“歐姆定律”的實驗時：
①他們提出的問題是：導體中的電流與電壓、電阻有什么關系？
②根據經驗，他們猜想：導體中的電流，跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻成反比．
③實驗過程如下：
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的定值電阻做實驗，發現當電壓表示數分別為0.8V、1.6V、2.4V時，對應電流值分別為0.16A、0.32A和如圖電流表的示數．電流表示數為

0.48

A．
c．換用R₂=10Ω的定值電阻，重復上述實驗．

④通過分析，他們驗證了猜想的正確性，得出歐姆定律．他們經歷的探究程序為：提出問題、

猜想

、實驗檢驗、歸納分析、得出結論
（ⅱ）在上述探究中發現，對同一個導體，U/I的值

不變

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

電壓

和

電流

無關．于是，他們用如圖電路驗證“影響電阻大小的因素”，在M、N兩點之間接入粗細相同而長度不同的鎳鉻合金絲．實驗發現：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

轉換

法．
（ⅲ）在上述實驗（1）的電路中，將定值電阻換成螺線管，通電后吸引大頭針，發現當滑片向左移動時，吸收大頭針的數目

多

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

B

）
A．在a、b之間接入電流表，在c、d之間連接導線
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之間連接導線
D．只在c、d之間接電壓表
（2）為了較準確的測出水平方向風力的大小，三位同學先對選定的輕彈簧和金屬桿進行了兩項測量．
①小明利用測量的數據作出了原長為40cm的輕彈簧的長度L和所受壓力F的關系圖[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葉子設計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．滑動變阻器R₁（阻值變化范圍為0～5Ω）
E．滑動變阻器R₂（阻值變化范圍為0～10Ω）
選好器材后，葉子和小雨在實驗中正確操作，他們記錄的測量數據如下表：

實驗次數	1	2	3	4	5
A表示數I/A	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
V表示數U/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0

根據他們測量數據可以知道：他們實驗中選用的滑動變阻器是

E

（填器材的序號字母）；他們測出的金屬桿的電阻是

5

Ω
（3）三位同學最后根據（1）的要求，按圖甲進行組裝時，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．如果無風時，O點到迎風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力是

4

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

迎風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，電壓表并聯在電路中，電流表串聯在電路中．
根據電流表使用的量程讀出電流表的示數．
探究實驗的步驟一般包括：提出問題、猜想或假設、設計實驗、進行實驗、分析和論證、評估、交流．探究實驗步驟是靈活多變的．
（ii）電阻是導體本身的一種特性，大小與長度、材料、橫截面積有關，跟電壓和電流無關，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、有無鐵芯有關．
（iv）（1）先根據選項判斷電路的連接方式，再根據風力增大判斷電路電阻的變化，利用歐姆定律和串聯電路的特點判斷電表示數的變化；
（2）①分析輕彈簧的長度l與所受壓力F的關系圖象可知，當風力增大時，彈簧的長度變短；
②由電路圖可知，金屬桿和滑動變阻器串聯，電壓表測金屬桿兩端的電壓；由表格中數據可知，當電壓表的示數為1V時，電路中的電流為0.2A，根據串聯電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，根據歐姆定律求出滑動變阻器接入電路中的電阻和金屬桿的電阻，進一步確定滑動變阻器的規格；
（3）當電流表的示數最大為0.6A時，風力最大，根據歐姆定律求出定值電阻兩端的電壓，根據串聯電路的電壓特點求出金屬桿兩端的電壓，再根據歐姆定律求出金屬桿接入電路的電阻，利用金屬桿為50cm時阻值為5Ω求出此時彈簧的長度，最后由圖乙該裝置能夠測量的最大水平風力；
（4）根據實驗裝置，從力的角度如摩擦力、空氣阻力、風向等提出可能對測量準確度產生影響的因素．

解答：解：電壓表并聯在電路中，電流表串聯在電路中，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，示數為0.48A．
根據探究的實驗步驟，他倆經歷的思維程序為：提出問題、猜想、實驗檢驗、歸納分析、得出結論．
（ii）歐姆定律的推導公式R=

U

I

，不能反映電阻跟電壓成正比，跟電流成反比，是計算電阻的一種方法，故電阻跟電壓和電流無關．
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換法．
（iii）將定值電阻換成螺線管，鐵芯一定，匝數一定，當滑片向左移動時，連入電路電阻減小，電流增大，磁性越強，發現吸引大頭針的數目增多．
（iv）（1）A、在a、b之間接電流表，在c、d之間連接導線時，會造成電源短路，故A不正確；
B、只在a、b之間接電流表時，電路為串聯電路，電流表測電路中的電流，當風力增大時接入電路的電阻變小，根據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之間連接導線，電壓表測O和迎風板之間電阻兩端的電壓，當風力增大時接入電路的電阻變小，根據歐姆定律可知電路中的電流變大，電阻R兩端的電壓變大，根據串聯電路的總電壓等于分電阻的電壓之和可知，電壓表的示數變小，故C不正確；
D、只在c、d之間接電壓表時，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據可知，當電流為0.2A時，此時電壓表的示數為1V，
∵金屬桿和滑動變阻器串聯，電壓表測金屬桿兩端的電壓，
∴滑動變阻器兩端的電壓值U_滑=3V-1V=2V，
根據歐姆定律可得R_滑=

U滑

I

=

2V

0.2A

=10Ω，
故他們選擇的是滑動變阻器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，所以當電流最大時，此時風力最大，
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，當金屬桿為50cm時，阻值為5Ω，所以當阻值為2Ω時，此時彈簧的長度為20cm，
由乙圖可知，此時風力為4N；
（4）設計中沒有考慮迎風板與金屬桿之間的摩擦力；沒考慮迎風板左側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；轉換；（ⅲ）多；
（iv）（1）B；
（2）2；E；5； 
（3）4；
（4）迎風板與金屬之間的摩擦力．

點評：本題考查電壓表和電流表的正確使用，電流表的讀數、電流、電壓、電阻、長度等的計算，關鍵是公式及其變形的靈活運用，難點是分析電路的組成和根據所給信息總結規律，要記住串聯電路的規律．