认识实验二：电学探究型实验
一、技巧提炼
（一）探究影响导体电阻大小的因素
1.实验内容
【实验目的】探究影响导体电阻大小的因素。
【实验器材】电流表、小灯泡、不同规格电阻丝（A-镍铬合金丝、B-截面相同较长镍铬合金丝、C-与A长度相同较粗镍铬合金丝、D-与A长度相同截面相同的锰铜合金丝）、导线若干、开关、电池等。
【实验步骤】一、按图连接电路。
二、把A镍铬合金丝接入电路，闭合开关，测量电路电流，并观察小灯泡亮度，结果记入表格。
三、把截面相同较长的镍铬合金丝B接入电路，闭合开关，测量电路电流，并观察小灯泡亮度，结果接入表格。
四、把长度相同，截面较粗的镍铬合金丝C接入电路，闭合开关，测量电路电流，并观察小灯泡亮度，结果接入表格。
五、把长度相同，截面相同的锰铜合金丝D接入电路，闭合开关，测量电路电流，并观察小灯泡亮度，结果接入表格。
【实验表格】
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电阻类型 |
规格（与A比较） |
电流/A |
小灯泡亮度 |
|
镍铬合金丝A |
— |
— | |
|
镍铬合金丝B |
截面相同、长度较长 |
较暗 | |
|
镍铬合金丝C |
截面较粗、长度相同 |
较亮 | |
|
锰铜合金丝D |
截面与长度均相同、材料不同 |
较亮 |
【实验结论】（1）材料相同、截面相同的导体，电阻与长度有关，长度越长，电阻越大；
（2）材料相同、长度相同的导体，电阻与截面有关，截面越粗，电阻越小；
（3）长度相同、截面相同的导体，电阻与材料有关。
2.考查方向
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考查方向 |
解答思路 |
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导线长度与电流关系 |
导线越长，电流越小 |
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电流表示数 |
看量程再读数 |
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实验方法 |
控制变量法 |
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A、B之间探究的是 |
导体长度与电阻关系 |
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A、C之间探究的是 |
导体截面与电阻的关系 |
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A、D之间探究的是 |
导体电阻与材料有关 |
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灯泡亮度与上面有关 |
电流大小 |
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补充电路 |
试验电路连接不完整，按元件顺序进行补充，画线不能交叉 |
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同一种导体电阻与温度的关系 |
温度越高电阻越大 |
（二）探究电路电流与电压和电阻的关系
1.实验内容
【实验目的】探究电路电流与电压和电阻关系。
【实验器材】定值电阻、电流表、电压表、电源、开关、导线、滑动变阻器。
【实验原理】（1）在探究“电流跟电压、电阻的关系”时，采用的研究方法是控制变量法。
（2）在探究“电流与电压的关系”时，应保持电阻不变；
（3）在探究“电流与电阻的关系”时，将5Ω的电阻换成10Ω后，下一步操作是调节滑动变阻器，使前后电压保持不变。
【实验步骤】
一、按电路图连接实物电路
二、探究电流与电压关系
（1）闭合开关，移动变阻器划片，使电阻R两端电压成整数倍增加，依次读出电流表读数，数据计入表格；
（2）电流与电压关系测量表格（电阻R= ῼ）
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次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
电压/V | |||||
|
电流/A |
（3）数据分析：电阻一定时，通过导体的电流与其两端电压成正比。
三、探究电流与电阻关系（控制电压不变，如U=2V）
（1）选择某一电阻，如：R=5ῼ，闭合开关，调节变阻器划片，使R两端电压为2V，读出电流表示数，并计入表格；
（2）更换电阻，如：R=10ῼ，闭合开关，调节变阻器划片，使R两端电压为2V，读出电流表示数，并计入表格；
（3）重复上述试验过程，电阻分别选15ῼ、20ῼ、25ῼ。
（4）电流与电阻关系测量表格（电阻V= ）
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次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
电阻/ῼ |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
电流/A |
（3）数据分析：电压一定时，通过导体的电流与电阻成正比。
（4）整理器材。
【实验结论】通过导体电流跟其两端电压成正比，与导体电阻成反比。
2.考查内容
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考查方向 |
解答思路 |
|
探究方法 |
控制变量法 |
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探究电流与电压关系时 |
控制电阻不变 |
|
探究电流与电阻关系时 |
控制电压不变 |
|
连接电路前应注意哪些问题 |
断开开关、变阻器处于最大位置、电流表和电压表选择合适量程、注意正负接线柱不能接反 |
|
探究电流与电压关系时，变阻器的作用 |
改变导体两端电压 |
|
探究电流与电阻关系时，变阻器的作用 |
控制导体两端电压不变 |
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完善表格，填入正确值 |
根据实验规律和给出数据，填入正确值 |
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多次测量目的 |
寻找规律 |
|
补充实验电路 |
按元件顺序观察缺少部分，然后进行连接，注意不能交叉 |
|
电路连接改错 |
电流要从电流表、电压表正极入、负极出，量程选择要预估，元件连接要符合要求，电流表要串联在电路中，电压表要与被测元件并联，变阻器要一上一下接入电路 |
（三）探究影响电流热效应的因素
（1）电流产生的热量与电阻的关系
如图所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。
两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么?
实验表明：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
（2）电流产生的热量与电流大小的关系
如图所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，因此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么?
实验表明：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
二、真题展示
（一）探究影响导体电阻大小的因素
【典例1】（2020•绵阳）学校实验室有一根长略大于60cm的均匀电阻丝，小明等同学打算探究这根电阻丝不同长度的电阻与对应长度的关系。已知这根电阻丝总电阻约6Ω．他们设计了如图甲所示电路示意图，电源电压3V，电阻丝拉直固定在木板上的a、b两点，P为鳄鱼夹。
完成实验，回答下列问题：
（1）电流表应选用 （选填序号）。
A．电流表A1（0～60mA）
B．电流表A2（0～0.6A）
C．电流表A3（0～3.0A）
（2）正确连接电路，断开开关，鳄鱼夹P夹接在电阻丝上靠近b端某位置，用刻度尺测鳄鱼夹与a端间电阻丝长度L，闭合开关，读取电流表示数I；断开开关，将鳄鱼夹P向a端移动约10cm，重复前面的操作。6次测得的电阻丝长度L和对应电流表示数I如下表所示。
|
序号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
L/cm |
60.0 |
50.0 |
40.0 |
30.0 |
20.0 |
10.0 |
|
I/A |
0.51 |
0.60 |
0.73 |
1.05 |
1.48 |
2.95 |
|
算出的电阻R/Ω |
5.9 |
？ |
4.1 |
2.9 |
2.0 |
1.0 |
（3）计算接入电路电阻丝的电阻R，并填在上表中。补填根据第2次测量算出的电阻丝的电阻R2＝ Ω。
（4）请在图乙的坐标系中，制定纵横坐标的标度，把上表中数据在坐标系中描点，然后画出图象。
（5）根据你画出的图象， （选填“可以”或“不可以”）得到结论：在误差范围内，电阻丝的电阻与其长度成正比。
【答案】（1）C；（3）5；（4）如图；（5）可以。
【解析】（1）根据实验数据可知，当电路中接入的阻值为1Ω时，电路的电流：I最大＝
＝
＝3A，所以选用0～3A的电流表，故选C；
（3）由I＝
可得，电阻丝R2的电阻：R2＝
＝
＝5Ω；
（4）根据表中数据描点，然后用直线将各点连接起来，如下图所示：
（5）根据图象可知，R与L的图象是一条直线，即R与L成正比，所以可以得出的结论为：在误差范围内，电阻丝的电阻与其长度成正比。
故答案为：（1）C；（3）5；（4）如图；（5）可以。
【典例2】（2020•永州）某科技兴趣小组在某次科技活动中看到若干个长方体电阻（包含若干个正方体电阻）。它们的材料相同，上下表面均为正方形，外形都如图甲所示，接入实物电路的连接方式都如图乙所示，有电流通过时都如图丙所示。他们想探究长方体电阻的阻值与厚度及边长的关系，在老师的帮助下，他们测量了部分电阻的厚度h、边长a和电阻R，并记录在表格中（长方体电阻不受温度影响）。
|
次数 |
厚度h/mm |
边长a/mm |
电阻R/Ω |
|
1 |
2 |
4 |
10 |
|
2 |
2 |
8 |
10 |
|
3 |
2 |
12 |
10 |
|
4 |
4 |
12 |
5 |
|
5 |
8 |
12 | |
|
6 |
16 |
12 |
1.25 |
（1）请你根据实物图在虚线方框内画出对应的电路图（在电路图中长方体电阻用“
”表示）：
（2）该实验主要采用的探究方法是 （选填“控制变量法”或“类比法”）；
（3）根据表中数据可以推知第5次的电阻R＝ Ω；
（4）从已测的长方体电阻中选取两个电阻，分别为R1和R2，它们对应的厚度h之比为1：2、边长a之比为2：3，将R1和R2并联接在同一闭合电路中，设通过R1的电流为I1，通过R2的电流为I2，则I1：I2＝ ；
（5）分析表中数据，科技兴趣小组得到了长方体电阻阻值与其厚度及边长的关系。同时他们也大胆推测，在本次科技活动中所看到的正方体电阻，其阻值与边长的关系是： 。
【答案】（1）如图；（2）控制变量法；（3）2.5；（4）1：2；（5）阻值与边长成反比。
【解析】（1）由图可知，该电路为串联电路，电流表测量电路中的电流，电压表测量定值电阻R两端的电压，电路图如图所示：
（2）电阻的大小与材料、长度、横截面积等因素有关，探究电阻与其中一个因素的关系时，采用的是控制变量法；
（3）对比3、4、5的实验数据可知，在变长相同时，厚度越厚，电阻越小，即电阻与厚度成反比；厚度变为原来的2倍，电阻就会变为原来的一半，所以第5次的电阻为2.5Ω；
（4）根据1、2和3中的数据可知，在厚度相同的情况下，变长发生变化时，电阻不变，即电阻与长方体的变长是无关的；
从已测的长方体电阻中选取两个电阻，分别为R1和R2，它们对应的厚度h之比为1：2、边长a之比为2：3，则其电阻之比为2：1；将R1和R2并联接在同一闭合电路中，电压相同，根据欧姆定律I＝
可知，通过的电流之比为I1：I2＝1：2；
（5）对于正方体来说，当边长变为原来的二倍时，即厚度变为原来的二倍，根据表格中的数据可知，电阻就会变为原来的一半，所以正方体的电阻的阻值与边长成反比。
故答案为：（1）如图；（2）控制变量法；（3）2.5；（4）1：2；（5）阻值与边长成反比。
（二）探究电路电流与电压和电阻的关系
【典例1】（2021·四川凉山彝族自治州·中考真题）某学习小组在“探究通电导体中电流与电阻的关系”的实验中，小丽连接了如图甲所示的电路（电源电压保持4.5V不变）。
（1）请你用笔画线代替导线将甲图实物电路连接完整（要求：滑动变阻器的滑片P右移动时电路中电流变大；导线不能交叉）______ ；
（2）连接好电路，闭合开关，发现电压表示数接近于电源电压，电流表几乎无示数，则故障为定值电阻R______；（选填“断路”或“短路”）
（3）图乙是小组根据测得的实验数据绘制的电流I随电阻R变化的图像，由图像可知R两端的电压为______V；当R的电阻由5Ω更换为10Ω时，闭合开关后，应该将滑动变阻器的滑片P向______（选填“左”或“右”）端滑动从而达到控制R两端的______不变的目的；若实验中R的阻值分别是5Ω、10Ω、15Ω，则滑动变阻器的阻值至少是______Ω。
【答案】如图；断路；3；左；电压；7.5。
【解析】（1）[1]在探究电流和电阻的关系的实验中，滑动变阻器控制定值电阻两端电压不变，滑动变阻器和定值电阻串联，滑动变阻器的滑片P右移动时电路中电流变大，所以滑动变阻器下面要接右侧的接线柱，如图所示：
（2）[2]如果R短路，电压表也被短路，此时电压表无示数，电流表有示数，不符合题意；当R断路时，电压表和电流表及滑动变阻器串联，因为电压表的电阻非常大，所以电流中的电流很小，所以电流表几乎没有示数，电压表测电源电压有示数，符合题意，故故障是R断路。
（3）[3]由图可知，当所用电阻阻值是5Ω是，电流是0.6A，所以定值电阻的电压为
[4][5]当R
的电阻由5Ω更换为10Ω时，用滑动变阻器控制定值电阻两端电压不变，根据公式
得此时电路中的电路变小，所以滑动变阻器的电阻变大，即滑片向左滑动。
[6]因为定值电阻和滑动变阻器两端的电压一定，电流相等，所以定值电阻阻值最大时滑动变阻器的电阻也最大，当定值电阻是15Ω时，由乙图可知电流为0.2A，此时滑动变阻器接入电路的电阻为
。
【典例2】（2021·湖南岳阳市·中考真题）小聪用如图甲所示的电路“探究电流与电阻的关系”，电源电压为6V，滑动变阻器规格为“
，2A”，有
、
、
、
、
的定值电阻各一个。
（1）连接电路时，开关应______；
（2）将
的电阻接入电路，闭合开关，移动滑片P发现电压表有示数，电流表始终无示数，其原因可能是定值电阻______（选填“断路”或“短路”）；
（3）排除故障后，使电压表示数为
，电流表示数如图乙，此时电流为______A，记下电压表、电流表的示数；
（4）将
的电阻分别换成
、
、
、
的电阻，继续实验。小聪发现当定值电阻为
时，无法完成实验。为了让
的电阻也能完成实验，他设计了如下三个调整方案。其中方案有错误的是______。（选填“A”、“B”或“C”）
A．在电路中多串联一个
的电阻，其余操作不变
B．
不变，改变电源电压，电源电压的取值范围是2V~4.4V
C．电源电压不变，改变
的大小（视需要选取电压表、电流表量程），
的取值范围是2.25V~6V
（5）实验完毕，得到结论：电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成______比。
【答案】断开；断路；0.4；B；反。
【解析】（1）[1]为了保护电路，在连接电路时，开关应断开。
（2）[2]若电流表始终无示数，说明电路可能断路，电压表有示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则与电压表并联的定值电阻断路。
（3）[3]如图乙所示，电流表选用0~0.6A的量程，0.2A之间有10个小格，1小格代表0.02A，电流表的分度值为0.02A，电流表的示数为0.4A。
（4）[4]定值电阻两端的电压
A．控制
的定值电阻电压不变，电路中的电流
其他电阻两端的总电压
其他电阻的总电阻
滑动变阻器规格为“
，2A”，在电路中多串联一个
的电阻，其他电阻的总电阻最大值
调整有效，故A不符合题意；
B．
不变，电源电压取2V时，滑动变阻器两端的电压为0V，连入电路中的电阻为零。
不变，即控制
的定值电阻电压不变，电路中的电流不变，滑动变阻器连入电路中的电阻取最大值
时，电路中的总电阻
此时电源电压
电源电压的取值范围是2V~5.33V，故B符合题意；
C．电源电压不变，改变
的大小，
取2.25V时，电路中的最小电流
滑动变阻器两端的电压
滑动变阻器连入电路中的电阻
滑动变阻器规格为“
，2A”，方案可行，故C不符合题意。
故选B。
- [5]由可知，实验完毕，得到结论，电压一定时，导体中的电流与导体的电阻成反比。
（三）探究影响电流热效应的因素
【典例1】（2021·黑龙江中考真题）如下图所示，在研究电热与哪些因素有关的实验中，同学们猜想电热可能与电流大小、电阻大小以及通电时间长短有关。
（1）左侧密闭容器内电阻丝阻值为
，右侧密闭容器外部，将一个阻值为
的电阻与这个容器内的电阻丝并联，目的是使通过左右两密闭容器内电阻丝的______不同，右侧容器内电阻丝的阻值应为______
，才能符合实验研究的要求；
（2）在第（1）问实验中测得，左侧容器内电阻丝的电流大小为
，则通过右侧密闭容器中的电阻丝电流大小为______
；
形管中液面高度差反映密闭空气温度的变化，左侧
形管中液面高度差大于右侧
形管中液面高度差，说明：___________；
（3）本实验是研究电流的_______效应，从能量转化的角度分析，是______能转化为______能。
【答案】电阻；5；0.25；当电阻相同时，电流越大，产生的热量越多；热；电；内。
【解析】（1）[1]由图得，右侧容器中电阻丝与
的电阻并联后，与左侧
的电阻丝串联，故左侧密闭容器内电阻丝的电流大于右侧密闭容器内电阻丝的电流。[2]当电流不同时，应控制电阻相同，研究电热与电流的关系，故右侧容器内电阻丝的阻值应为
。
（2）[3]由串、并联特点可知，右侧密闭容器中的电阻丝电流大小为
[4]电阻产生热量越多，密闭空气温度越高，密闭空气受热膨胀越严重，空气压强越大，
形管中液面高度差越大。左侧
形管中液面高度差大于右侧
形管中液面高度差，说明左侧电阻丝产生的热量比右侧电阻丝产生的热量多。因此可得：当电阻相同时，电流越大，产生的热量越多。
（3）[5][6][7]本实验研究的是电阻产生热量的多少与电流大小的关系，电阻消耗电能产生热量，是电流的热效应。
【典例2】（2021·广西贵港·中考真题）在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，实验电路如图1所示，其中R1>R2。
实验一：探究电流产生的热量与电阻大小的关系；
（1）请按照图1中的电路图将图2实物图连接完整；_______
（2）实验电路按照图1中的电路图连接是为了控制通电时间相同和控制_______；电阻丝放出热量的多少，通过_______来进行判断。
（3）为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少，a、b两瓶中要装入_______相等、初温相同的同种液体。为了在较短时间内达到明显的实验效果，实验时选用煤油而不选水，是因为煤油的比热容_______水的比热容（选填“大于”、“等于”或“小于”）；
实验二：探究电流产生的热量与电流大小的关系
（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1加热的煤油，在实验一中温度升高Δt1，在实验二中温度升高Δt1′，则Δt1′_____2Δt1（选填“大于”、“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的热量与电流大小______正比例关系（选填“成”或“不成”）。实验中，用电阻丝R2加热煤油重复以上实验步骤，也可以得出相同的结论。
（5）如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值_______的电阻丝（选填“相同”或“不同”），就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。假设a烧瓶中液体的质量为m，瓶中电阻丝的阻值为R，测出通过它的电流为I，通电一段时间t后，温度计的示数变化量为Δt，若不计热量损失，则a液体的比热容为________（用所给出的物理量写出比热容的表达式）。
【答案】如图；电流相等；温度计的示数变化；质量；小于；大于；不成；相同；
。
【解析】（1）[1]变阻器一上一下串联接入电路中，如图所示：
（2）[2]图1中，两个电阻丝串联，通过它们的电流相等，通电时间相等。
[3]根据转换法知，电阻丝放出热量的多少，是通过温度计的示数变化来进行判断的。
（3）[4]为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入质量相同、初温相同的同种液体。
[5]因煤油比水具有较小的比热容，故用煤油比用水更容易看出温度的变化。
（4）[6][7]闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同，根据Q=I2Rt可知，电阻丝产生的热量是原来的4倍；所以用电阻丝R1加热的煤油，温度升高Δt1′大于2Δt1，该实验说明电流产生的热量与电流不是正比例关系。
（5）[8]在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值相等的电阻丝，可以探究两种不同液体的吸热性质。
[9]电阻丝产生的热量Q=I2Rt，不计热量损失，液体吸收的热量Q吸=Q=cmΔt
则c
=
。
,
