第14章 欧姆定律 电功率（二）
第3节 伏安法实验
实验1 探究电流与电压、电阻的关系
1. (2023定心卷)小明同学利用如图甲所示的实验装置做“探究电流与电压的关系”实验．
第1题图
(1)请根据图甲所示实物电路在图乙的虚线框内画出对应的电路图．
(2)将滑动变阻器滑片移动到某一端，闭合开关，发现电流表和电压表指针都指向最大刻度线处，出现这一现象的原因可能是______________________________．
(3)改正错误后，重新闭合开关，移动滑动变阻器的滑片观察并记录电流表和电压表的示数，记录实验数据的表格如下，其中第3次测量中电压表的示数如图丙所示，请在图丁所示的坐标系中绘制出I－U图像，分析图像可以得出实验结论：____________________．
实验序号 1 2 3 4 5
电压U/V 0.5 1.0 2.0 2.5
电流I/A 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
【典型试题拓展延伸】第1题——进一步追问 (4)为了使实验结论更具普遍性，接下来小明的操作是______________________； (5)爱思考的小明回顾自己的实验过程，他实验时多次移动滑片，改变的是滑动变阻器接入电路中电阻丝的( ) A. 材料 B. 横截面积 C. 长度
2. (2023合肥包河区三模)如图所示，小明同学在“探究电流与电阻的关系”实验中，所选用的实验器材如下：电压恒为6 V的电源、滑动变阻器、电流表、电压表、阻值分别为4 Ω、5 Ω、10 Ω、20 Ω的四个定值电阻以及开关等器材，请你解答下列问题：
第2题图
(1)按照图甲所示的电路图，请你用笔画线代替导线将图乙电路连接完整(导线不能交叉且滑片向右移动电流表示数变小).
(2)小明先将阻值为5 Ω的定值电阻接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到电流表示数为0.4 A时，记录此时电流表和电压表的示数．
(3)然后将定值电阻由5 Ω换成10 Ω，再闭合开关，此时电流表的示数如图丙所示，接下来的实验操作是___________________________________________________________________.
(4)接下来，再分别将10 Ω的电阻替换为4 Ω和20 Ω进行实验并记录实验数据，然后小明根据实验数据描绘出I－图像如图丁所示．小明没有根据记录的数据分析归纳得出实验结论，而是根据所描绘的图像很快就得出正确的实验结论，这是由于物理图像具有的优点是：_____________________；另外，根据图像分析实验数据可知：要完成本实验，所选用的滑动变阻器的最大阻值应不小于________Ω.
实验2 用电流表和电压表测量电阻
3. (2023黑白卷)小明用“伏安法”测量未知电阻Rx的阻值，电源电压为3 V保持不变．
第3题图
(1)小明设计的电路图如图甲，请你用笔画线代替导线，将图乙的实物电路连接完整；
(2)电路连接完成后，小明觉得要进一步检查后再闭合开关，请你提出一项需要检查的内容： ___________
__________________________________________；
(3)小明正确进行实验，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为2.4 V时，电流表的示数如图丙所示，此时电阻Rx的阻值为________Ω；
丙 丁
第3题图
(4)你认为这个实验结果可靠吗？并说明理由： __________________________.
(5)小明进一步拓展实验，利用电源(电压未知但恒定不变)、阻值为R0的定值电阻、电流表、开关等器材，设计了如图丁所示的电路，也能测出Rx的阻值，请你完成下列实验步骤：
①按电路图正确连接电路，闭合开关S，断开开关S1，读出电流表示数I1；
②__________，读出电流表示数I2；
③则待测电阻的表达式为Rx＝________．(用R0、I1、I2表示)
4. (2023临沂)用图甲所示电路测量额定电压为2.5 V的小灯泡的电阻，电源电压为3 V.
第4题图
(1)图甲中有一条导线连接错误，请在错误的导线上画“×”，并用笔画线代替导线，补画一条线将电路连接正确．
(2)改正错误并检查无误后闭合开关，小灯泡不亮，电压表和电流表均有示数，可能是小灯泡________(选填序号).
A. 短路 B. 开路 C. 实际功率太小
(3)实验记录的数据如下表所示，其中第4次实验时电压表的示数如图乙所示，为________V．接下来测量小灯泡正常发光时的电阻，应将滑动变阻器的滑片向________(选填“左”或“右”)端移动．
实验次数 1 2 3 4 5
电压U/V 0.6 1.0 1.5 2.5
电流I/A 0.16 0.2 0.24 0.26 0.3
电阻R/Ω
(4)由实验数据可知，小灯泡正常发光时的电阻为________Ω(保留1位小数).
(5)为顺利完成该实验，滑动变阻器的最大阻值应不小于________Ω.
(6)仅利用本实验提供的器材，________(选填“能”或“不能”)探究电流与电压的关系．
实验3 测量小灯泡的电功率
5. (2023定心卷)小明在做“测量小灯泡的电功率”实验过程中，电源电压保持不变，小灯泡L的额定电压为2.5 V.
第5题图
(1)请你用笔画线代替导线帮小明将图甲中的电路连接完整，要求：滑动变阻器的滑片向左移动时，小灯泡L亮度变暗．
(2)闭合开关前，应注意的操作是 ________________________________________________．
(3)闭合开关后，移动滑片至某位置时，电压表示数为1.5 V，若要使小灯泡L正常发光，接下来的操作是______________________________________；当小灯泡L正常发光时，电流表示数如图乙所示，小灯泡L的额定功率为________W.
(4)实验结束后，小明未断开开关就开始拆除导线，最先拆除了导线①，出现的现象是_________________
______________________．
【典型试题拓展延伸】第5题——进一步追问 实验中发现，当滑动变阻器接入电路的电阻为零时，电压表示数小于电源电压，该小组通过讨论，对此现象产生的原因提出一个合理的猜想：______________________．
6. (2023黑白卷)实验小组在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验器材有：电源(电压恒为3 V)、电流表、电压表、小灯泡(额定电压为2.5 V)、滑动变阻器、开关、导线若干，设计的电路图如图甲所示．
甲 乙
第6题图
(1)在连接电路前，开关应________．
(2)小亮连接好电路，为了保证小灯泡正常工作，他缓慢移动滑动变阻器的滑片，然后观察________(选填“电流表”或“电压表”)的示数．
(3)小亮多次改变滑片的位置，将测得的相关数据和现象记入下表中，则小灯泡正常发光时的电功率为________W.
实验次数 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 小灯泡亮度
1 1.5 0.22 0.33 较暗
2 2.5 0.30 正常发光
3 3.0 0.32 0.96 较亮
(4)由表格数据可知，小灯泡的亮度随着它两端电压的增大而________(选填“变亮”或“变暗”)，这是因为小灯泡的亮度由它的________决定．
(5)同组的小华想出了另一种测量小灯泡额定功率的方法，他设计的电路图如图乙所示，其中R为滑动变阻器，S1为单刀双掷开关，定值电阻R0阻值已知，小灯泡的额定电压为U额，请将以下实验步骤补充完整：
①闭合开关S，将开关S1掷到1接线柱，调节滑动变阻器R的滑片，使电压表示数为U额；
②_______________________________________________________________，测得电压表示数为U；
③小灯泡额定功率的表达式为P额＝________．(用U额、U、R0表示)
第4节 动态电路分析
类型1 滑动变阻器引起的动态电路分析
1. (2023烟台)如图所示，电源电压保持不变，闭合开关S，当滑动变阻器滑片P向右滑动过程中，下列说法正确的是( )
第1题图
A. 电流表的示数不变
B. 电流表的示数变小
C. 电压表的示数变大
D. 电压表的示数与电流表的示数的比值变小
2. (2023黑白卷)如图所示的电路，滑动变阻器的滑片P位于中点．若用定值电阻R3替换定值电阻R1，已知R3＞R1，则要使电压表与示数的比值不变的方法可能是 ( )
第2题图
A. 增大电源电压 B. 减小电源电压
C. 向左移动滑片P D. 向右移动滑片P
3. (2023合肥包河区二模)如图所示，电源电压保持不变，开关S闭合后，将滑动变阻器的滑片P从左向右滑动过程中(灯泡L的灯丝电阻不随温度变化)，下列说法正确的是( )
第3题图
A. 电流表示数变小，灯泡L逐渐变暗
B. 电流表与电压表的示数都将变大
C. 电压表与电流表示数的比值变大
D. 电压表与电流表示数的乘积变大
4. (2023随州)某科技小组设计了一个地磅，地磅内部简化电路如图．其工作原理是车辆开上地磅会压缩弹簧(弹簧处于弹性限度内)引起滑片P移动，当电路的电流I≥I0 (I0为某一定值)时，电路中电铃会发出警示声(电铃可视为一个小电阻)，表明车辆超重了．圆圈处是电压表可反映车辆的重量，R0为保护电阻，电源电压不变．下列说法正确的是( )
第4题图
A. 车辆越重，弹簧的弹性势能越小
B. 车辆越轻，电压表的示数越小
C. 车辆越重，电压表的示数越小
D. 当地磅上无车辆时，电路消耗的总功率最大
5. 万唯原创 如图所示，电源电压不变，闭合开关S，各元件正常工作，移动滑动变阻器的滑片P时，电流表的示数变小，则下列说法正确的是( )
第5题图
A. 滑动变阻器滑片P向左移动
B. 电流表示数不变
C. 电压表示数不变
D. 电压表与电流表的示数之比变小
类型2 敏感电阻引起的动态电路分析
6. (2023北京改编)如图所示，是小京设计的汽车油箱内油量不足时触发报警的电路，电源两端电压保持不变，电阻R1、R2中的一个是定值电阻，另一个是压敏电阻．压敏电阻装在油箱内底部，其阻值随油箱中油量的减少而增大，当电压表示数大于某一值U时，就会触发报警．电压表示数为U时，油箱中的油量为警戒油量．下列说法不正确的是( )
第6题图
A. R1为压敏电阻
B. 随着油箱的油量减少，通过定值电阻的电流变大
C. 若换用阻值更大的定值电阻，警戒油量将变小
D. 若换用电压更大的电源，警戒油量将变大
7. (2023黄冈)课后服务时间，老师和物理兴趣小组同学用一个热敏电阻与其它电学元件组成了如图甲电路．电源电压恒定不变，R1是定值电阻，R是热敏电阻，其阻值R与温度T的关系如图乙所示．开关S闭合，热敏电阻温度升高时，下列说法正确的是( )
第7题图
A. 电压表的示数减小
B. 电流表的示数减小
C. 电流表与示数之差不变
D. 电压表与电流表示数之比增大
8. (2022宁夏)如图甲所示是高铁上烟雾报警器的简化原理图，其中电源电压保持不变，R0为定值电阻，R为光敏电阻，R的阻值与光照强度的关系如图乙所示．射向光敏电阻的激光被烟雾遮挡时下列说法正确的是 ( )
第8题图
A. 光敏电阻R的阻值减小
B. 电流表的示数增大
C. 电压表的示数增大
D. 电路中消耗的总功率增大
类型3 开关通断引起的动态电路分析
9. (2023齐齐哈尔)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( )
第9题图
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
【典型试题拓展延伸】第9题——考法拓展——逆向思维 如图所示电路，电源电压保持不变，R0、R1、R2为定值电阻．先只闭合开关S1，要使电表的示数都发生变化，接下来应( C ) A. 将S拨到1位置 B. 将S拨到2位置 C. 断开开关S1，S拨到1位置 D. 互换电流表和电压表的位置
10. 万唯原创 如图所示电路，电源电压保持不变，R为定值电阻．闭合开关S、S1，灯泡L正常发光．断开开关S1，关于电压表和电流表示数的变化情况，下列说法正确的是( )
第10题图
A. 电压表、电流表示数均变大
B. 电压表、电流表示数均变小
C. 电压表示数变小，电流表示数变大
D. 灯泡的亮度变亮
第5节 家用电器相关计算
1. (2023定心卷)我们不能小看1度电的作用，1度电可供洗衣机工作2.7 h，可供台式电脑工作5 h，可以灌溉0.14亩田地等．小明为了探究1度电的作用，利用秒表和图甲所示的电能表、图乙铭牌所示的电热水器进行了探究．求：
第1题图
(1)该电热水器工作的额定电流；
(2)消耗1度电，电热水器内水的温度升高了12 ℃，则本次加热过程的效率为多少？[电热水器装满水，ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)小明关闭家中其他用电器，仅让电热水器工作，在 1 min时间内，电能表转盘转动100转，请通过计算判断该过程中电热水器是否正常工作？
2. 小明家有一个电加热毯，其内部电路原理如图所示，R1、R2均为加热电阻丝，开关S与不同触点接触时，可实现高温和低温两个挡位的调节，其正常工作时的电压恒为220 V，电阻丝R2的阻值为330 Ω，高温挡的功率为88 W．求：
第2题图
(1)高温挡工作时的电流；
(2)高温挡工作 20 min整个电路消耗的电能；
(3)低温挡工作时的功率．
【典型试题拓展延伸】第2题——模型拓展——相同原理电路 某型号电饭锅有“高温烧煮”和“保温焖饭”两挡，其电路如图所示．当开关S置于1时，电流表示数为5 A，此时电饭锅处于____________挡，在此挡位下加热2.2 kg的水，使其温度升高10 ℃，用时100 s，电饭锅的加热效率为______；当开关S置于2时，电流表的示数为0.1 A，R的阻值为__________ Ω.[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
3. (2023陕西改编)如图甲，是某型号电暖器．它有高温、低温两个挡位，其简化电路图如图乙所示．R1和R2均为发热电阻，其部分参数如图丙所示．
(1)该电暖器在低温挡正常工作时，电路中的电流是多少？在高温挡正常工作时，发热电阻R2的阻值是多少？
(2)在某次用电高峰期，小明用如图丁所示的电力监测仪，测出该电暖器在低温挡工作时的实际电压为210 V，实际功率为900 W．小明认为实际功率小于额定功率，只是因为实际电压小于额定电压造成的．请你通过计算，判断小明的观点是否正确．
额定电压 220 V
额定功率 高温挡 2 200 W
低温挡 1 100 W
丙
丁
第3题图
4. (2023泸州改编)某种带保温功能的电热水壶，其发热部分电路如图所示．已知电源电压U＝220 V保持不变，电阻丝R1＝110 Ω、R2＝88 Ω.通过调节开关S1、S2可以实现低温、中温、高温三挡的切换．已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)求：
第4题图
(1)当电热水壶处于中温挡时，求电热水壶消耗的电功率；
(2)当电热水壶分别处于高温挡与低温挡时，求通过电阻丝R1的电流之比；
(3)用电热水壶高温挡把m＝2 kg的水从t1＝28 ℃加热到t2＝100 ℃，自动断电，其中电热水壶加热效率η＝84%.问电热水壶这次加热消耗多少度电？
【典型试题拓展延伸】第4题——模型拓展——相同原理电路 某型号电饭煲有加热和保温功能，图甲所示为其内部电路原理图，图乙是该电饭煲工作时电功率与时间的关系图像，当开关S接触点2时，电饭煲处于__________状态，保温状态下电饭煲1 min消耗_________ J的电能．
答案
第3节 伏安法实验
1. (1)如答图甲所示 (2)滑动变阻器滑片移动到最右端 (3)如答图乙所示 导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比
甲 乙
第1题答图
【典型试题拓展延伸】第1题——进一步追问 (4)更换不同的定值电阻，重复多次测量 (5)C
2. (1)如答图所示 (3)将滑动变阻器的滑片向右移动，直到电压表示数为2.0 V，并记录此时电流表的示数 (4)能直观地显示出物理量间变化的规律，便于得出实验结论 40
第2题答图
3. (1)如答图所示 (2)滑动变阻器的滑片是否移至最大阻值处(或电压表正负接线柱是否正确连接、电压表是否调零等) (3)6 (4)不可靠，只进行一次实验，误差太大 (5)②再闭合开关S1 ③
第3题答图
4. (1)如答图所示 (2)C (3)2.0 左 (4)8.3 (5)15 (6)不能
第4题答图
5. (1)如答图所示 (2)将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处 (3)将滑动变阻器的滑片向右移动，使电压表示数为2.5 V 0.65 (4)电压表指针偏转超过最大量程
第5题答图
【典型试题拓展延伸】第5题——进一步追问 导线本身有电阻(或电流表本身有电阻；或电压表使用前未调零)
6. (1)断开 (2)电压表 (3)0.75 (4)变亮 实际功率 (5)②保持滑动变阻器R的滑片位置不变，将开关S1掷到2接线柱 ③U额
第4节 动态电路分析
1. D 2. D 3. C 4. B 5. C 6. B 7. C 8. C 9. C
【典型试题拓展延伸】第9题——考法拓展——逆向思维 C
10. B
第5节 家用电器相关计算
1. 解：(1)电热水器的额定电流I额＝＝＝10 A
(2)水的质量m＝ρ水V＝1.0×103 kg/m3×50×10－3 m3＝50 kg
水吸收的热量Q吸＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×12 ℃＝2.52×106 J
本次加热过程中效率η＝×100%＝×100%＝70%
(3)电热水器1 min消耗的电能W＝×1 kW·h＝×1 kW·h＝ kW·h
电热水器的实际功率P＝＝＝2 kW
电热水器的实际功率小于额定功率，所以电热水器没有正常工作．
2. 解：(1)高温挡工作时的电流I高＝＝＝0.4 A
(2)高温挡工作20 min整个电路消耗的电能W＝P高t＝88 W×20×60 s＝1.056×105 J
(3)由P＝可知，电路总电阻越大，功率越小．由图知，开关调至触点“1”时，两电阻串联，电路总电阻最大，功率最小，为低温挡；当开关S调至触点“2”时，R1单独工作，电路总电阻最小，功率最大，为高温挡．
由I＝可知，电阻丝R1的阻值R1＝＝＝550 Ω
低温挡工作时的功率P低＝＝＝＝55 W
【典型试题拓展延伸】第2题——模型拓展——相同原理电路 高温烧煮 84% 2 156
3. 解：(1)当S1闭合，S2断开时，只有R1接入电路，此时电暖器处于低温挡
由P＝UI得，电路中的电流I1＝＝＝5 A
当S1和S2均闭合时，R1与R2并联，电暖器处于高温挡，R2的功率
P2＝P高－P低＝2 200 W－1 100 W＝1 100 W
由P＝UI和I＝得，
R2的阻值R2＝＝＝44 Ω
(其他答案合理均可得分)
(2)电暖器在低温挡正常工作时，R1的阻值R1＝＝＝44 Ω
若只是实际电压影响实际功率，则R1的阻值应不变，
此时R1的实际阻值R1实＝＝＝49 Ω
R1实＞R1
综上分析，小明的观点不正确，R1的实际电阻变化也是引起实际功率变化的原因．
(其他答案合理均可得分)
4. 解：(1)由图可知，当开关S1闭合，S2接A时，电路中只有电阻R1在工作，电路中的总电阻居中，电热水壶处于中温挡，中温挡功率为P中＝＝＝440 W
(2)由图可知，当开关S1闭合，S2接B时，两电阻并联，电路中的总电阻最小，电热水壶处于高温挡，高温挡时，通过R1的电流I1＝＝＝2 A
由图可知，当开关S1断开，S2接A时，两电阻串联，电路中的总电阻最大，电热水壶处于低温挡，低温挡时，通过R1的电流I＝＝＝ A＝ A
电热水壶处于高温挡和低温挡时，通过R1的电流之比＝＝
(3)水吸收的热量Q吸＝c水m(t2－t1)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－28 ℃)＝6.048×105 J
电热水壶高温挡加热时消耗的电能
W1＝＝＝7.2×105 J＝0.2 kW·h
即消耗0.2度电．
【典型试题拓展延伸】第4题——模型拓展——相同原理电路 保温 1.2×104
