重点实验篇--电学实验
实验1 探究串、并联电路电流的特点 注意事项
①连接和拆除电路时，开关都要断开．②使用电流表前要校零，电流表要串联在电路中，且电流从正接线柱流入，从负接线柱流出．所测电流不能超过电流表的量程．③为保证实验结论的普遍性，应更换灯泡，多次测量．
故障分析
开关闭合后，若电流表指针反偏，表明电流表的正负接线柱接反；若电流表的指针偏转在最右端，表明所选的量程过小．
实验结论
串联电路中的电流处处相等；并联电路中干路电流等于各支路电流之和．
探究串、并联电路电压特点，可知：在串联电路中，电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和；在并联电路中，电路两端的总电压与各支路两端的电压相等．
示例 (2015·宿迁模拟)甲、乙两位同学在探究并联电路中电流的规律时，看到实验桌上的器材有：学生电源一个、开关一个、不同规格的小灯泡若干个、导线若干，他们交流后决定：
(1) 由甲同学向老师报告，要求增加的元件是________．
(2) 甲同学率先探究并联电路中的电流规律，刚接好最后一根导线，表的指针就发生了偏转，由此可知在连接电路时，他忘了________．
(3) 在乙同学的协助下，甲同学完成了探究并联电路电流规律的正确连接．甲同学读取电流表的示数后，感觉比其他实验小组的读数大一些，于是他断开开关观察发现电流表还有0.04A的读数，这时他才意识到使用电流表之前还必须________．
(4) 甲同学解决了以上问题后，将电流表分别接入A、B、C三点处，闭合开关，C点电流如图乙所示，请你帮他把表格中缺的数据填在横线上：________.
(5) 甲同学根据上表中的数据得出了并联电路中电流的规律，请你指出甲同学实验不足：________，改进方法是______________．
解析：(1) 探究并联电路的电流规律，要测量电流，所以甲同学向老师报告，要求增加的元件是电流表．(2) 刚接好最后一根导线，电流表的指针就发生了偏转，由此可知在连接电路时，他们忘了断开开关．(3) 电流表不接入电路时，电流表还有0.04A的读数，说明在实验之前没有对电流表调零，在使用前应对电流表调零，使指针指在零刻度线上．(4) 由图乙电流表可知，使用的量程是0～0.6A，分度值是0.02A，示数为0.5A.(5) 为得出普遍结论，应换用不同规格的器材进行多次实验，仅根据一次测量就得出实验结论，实验结论不具有普遍性，结论不可靠．
答案：(1) 电流表 (2) 断开开关 (3) 调零 (4) 0.5 (5) 实验次数太少 更换不同规格的小灯泡，多测几组数据，分析归纳得出结论。
实验2 探究影响导体电阻大小的因素
思想方法
①控制变量法．导体电阻与导体的材料、长度、横截面积和温度有关，在探究其中一个因素时必须控制其他因素不变．②转换法．电阻的大小是通过灯泡的亮暗变化来体现的，灯泡亮接入的电阻小，灯泡暗接入的电阻大.
实验结论
在材料相同时，导体的长度越长，横截面积越小，导体的电阻越大．
示例 (2015·黑河)小明、小红和小亮在做“探究影响导体的电阻大小因素”实验时，做出了如下猜想．
猜想一：导体的电阻可能与导体的长度有关；
猜想二：导体的电阻可能与导体的横截面积有关；
猜想三：导体的电阻可能与导体的材料有关．
实验室提供了4根电阻丝，其规格、材料如表所示：
(1) 如图所示电路，闭合开关后，在M、N之间分别接上不同导体，通过观察相关现象来比较导体电阻大小，小明、小红和小亮对图中的电路设计提出了自己的观点：
小明认为：电流表是多余的，观察灯泡的亮度就可以判断导体电阻的大小．
小红认为：灯泡是多余的，根据电流表示数的变化就可以判断导体电阻的大小．
小亮认为：灯泡和电流表同时使用更好，因为灯泡可以保护电路，从而防止烧坏电流表．
你赞同________(填“小明”“小红”或“小亮”)的观点．
(2) 为了验证猜想二，可依次把M、N跟________(填序号)的两端相连，闭合开关，记下电流表的示数，分析比较这两根电阻丝电阻的大小．
(3) 依次把M、N跟电阻丝A、B的两端连接，闭合开关，电流表的示数不同，分析比较A、B两根电阻丝电阻的大小，可探究电阻跟____________的关系，其结论是________________．
(4) 小丽在探究同样的课题时，手边只有一根电阻丝，那么，她利用这根电阻丝和上述电路，不能够完成猜想________的实验验证．
解析：(1) 在M、N之间分别接上不同的导体，则通过观察电流表示数来比较导体电阻的大小，同时灯泡可以保护电路，从而防止烧坏电流表，故小亮的观点正确．(2) 要验证猜想二：导体的电阻可能与导体的横截面积有关，应控制导体材料与长度相同而横截面积不同，由表中数据可知，应选编号为A、C的两根电阻丝进行实验．(3) A、B两根电阻丝材料相同、横截面积相同，长度不同，可以探究导体的电阻与导体的长度的关系．分别将A和B两根电阻丝接入电路中M、N两点间，电流表示数不相同，由此，初步得到的结论是：当材料和横截面积相同时，导体越长电阻越大．(4) 要探究电阻大小与导体材料的关系时，需保证电阻丝的长度、横截面积相同，材料不同，小丽在探究同样的课题时，手边只有一根电阻丝，他利用这根电阻丝和上述电路不能完成对猜想三的实验验证．
答案：(1) 小亮 (2) A、C (3) 导体的长度 当材料和横截面积相同时，导体越长电阻越大 (4) 三
实验3 探究通过导体的电流与电压、电阻的关系
思想方法
控制变量法．探究电流与电压的关系时，要控
示例 (2015·盐城)小华利用下列器材探究电流与电阻的关系．实验器材：电源(4.5V)、电流表、电压表、制电阻一定；探究电流与电阻的关系时，要控制导体两端的电压不变．
故障分析
①闭合开关后，电压表有示数，电流表无示数，则电阻R断路．②闭合开关后，无论怎样移动滑片，两表示数不变化，原因是变阻器没有一下一上连接到电路中．
实验结论
电阻一定时，电流与电压成正比；电压一定时，电流与电阻成反比．三个定值电阻(R1＝5Ω，R2＝15Ω，R3＝25Ω)．滑动变阻器标有“30Ω 1A”字样．
(1) 用笔画线代替导线完成图甲的实物连接．
(2) 连接电路时，开关应处于________状态，闭合开关，小华发现电流表无示数，电压表有示数．原因可能是电阻R________(填“断路”或“短路”)．
(3) 实验中，小华控制R两端的电压不变，示数如图乙所示，读数为________V.
(4) 小华读出R1接入电路时的电流后，断开开关，将R1换成R2后．接下来她应该进行的操作是________________．
解析：(1) 将变阻器串联在电路中，由图甲知，变阻器已接了下面一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如图丙所示．(2) 为保护电路，连接电路时，开关应处于断开状态；电流表无示数，电路发生断路，电压表有示数，则与电压表并联的电阻R断路．(3) 由图甲知，电压表选择0～3V的量程，图乙示数为2.5V.(4) 由电路图可知，将R1换成R2后，应先将滑片移至最右端，使其阻值最大，然后闭合开关，并调节滑片使电压表的示数为2.5V不变．
答案：(1) 如图丙所示 (2) 断开 断路 (3) 2.5 (4) 将滑片移至最右端，闭合开关，调节滑片使电压表的示数为2.5V
丙实验4 测量定值电阻的阻值
注意事项
①滑动变阻器要一上一下串联接入电路．②为减少实验误差，须改变变阻器滑片，进行多次测量取平均值．③不能用小灯泡代替Rx做此实验，因为灯丝电阻随温度的变化而变化．④用单只电表测电阻时，采用串联电路，利用串联电路的电流和电压特点立方程．
示例 (2015·常州模拟)小亮在做“用伏安法测电阻”的实验中，连接的实验电路如图甲所示：
(1) 请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整．
(2) 连完最后一根导线后，小亮发现电流表、电压表的指针发生偏转，造成上述现象的原因是______________________．
(3) 排除故障后，小亮移动滑动变阻器的滑片，分别测出了几组电压和电流值，记录在表格中，根据实验数据算出Rx的电阻为________Ω.
(4) 完成上述实验后，老师提出：怎样利用电流表和滑动变阻器测量电阻呢？小亮看到滑动变阻器的铭牌上标有“20Ω 1.5A”字样，于是想出了方法，很快测出了Rx电阻的大小(电源电压保持不变但未知)．
①请你在图乙虚线框内画出小亮设计的电路图．
②简述实验过程中要测量的物理量并用相应字母表示：
a. ；
b. .
③Rx＝____________(用已知量和测量量表示)．
解析：(1) 将电压表与电阻并联，电流表、滑动变阻器与电阻串联，滑动变阻器已接了下面一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如图丙所示．(2) 连完最后一根导线后，小亮发现电流表、电压表的指针发生偏转，说明连接电路过程中未断开开关．(3) 由表格中数据知，R1＝I1＝0.1A＝10Ω；R2＝I2＝0.2A＝10.5Ω；R3＝I3＝0.3A≈10.7Ω；则R＝3＝3＝10.4Ω.(4) ①将电流表串联在电路中，如图丁所示．②将滑片移至最右端，闭合开关，读出电流表的示数I1；将滑片移至最左端，读出电流表示数I2；③根据电路在两种状态下电源电压相等可得：I2Rx＝I1(Rx＋20Ω)，则Rx＝I2－I1×20Ω.
答案：(1) 如图丙所示 (2) 连接电路过程中未断开开关 (3) 10.4 (4) ①如图丁所示 ②将滑片移至最右端，闭合开关，读出电流表的示数I1 将滑片移至最左端，读出电流表示数I2 ③I2－I1×20Ω
实验5 测量小电灯的功率
注意事项
①为保护电路元件，闭合开关前，必须将滑片置于阻值最大处．②当开关闭合时，可能灯不亮，此时应移动滑片减小其接入的电阻，眼睛观察电压表的示数，直到达到要求的电压值，再去读电流表的示数．③实验中多次测量是为了找出电功率与电压的关系及亮度规律．
示例 (2015·镇江)小明用图甲所示的电路来测量小灯泡的电功率(部分实验器材的规格已标明)．
(1) 请用笔画线代替导线将图甲中滑动变阻器连入电路，使之接入电路的阻值最大．
(2) 实验中，小明发现无论怎样调节滑动变阻器，两电表指针始终处于图乙所示位置，则接线柱________(填接线柱的数字编号)间出现了________(填“短路”或“断路”)．
(3) 故障排除后，小明从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡UI图像如图丙所示，则小灯泡的额定功率是________W，所用滑动变阻器的规格是下列四个选项中的________(填选项前字母)．
A. “5Ω 2A” B. “15Ω 2A”
C. “25Ω 2A” D. “30Ω 2A”
(4) 在每次调节中，滑动变阻器接入电路的阻值减小了ΔR1，小灯泡的阻值变化了ΔR2，则ΔR1________(填“＞”“＜”或“＝”)ΔR2，你的理由是____________________．
解析：(1) 由图甲知，变阻器滑片在最右端，要使其阻值最大，下面应接左边的接线柱，如图丁所示．(2) 由图乙知，电流表的示数为零，电压表的示数约等于电源电压，说明与电压表并联的灯泡发生了断路现象，即③⑦之间发生了断路．(3) 由图甲知，灯泡的额定电压为2.5V，由图丙知，当U＝2.5V时，I＝0.3A，则灯泡的额定功率P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W；灯泡正常发光时，变阻器两端的电压U滑＝3V－2.5V＝0.5V；由图像知，当灯泡两端电压最小时，变阻器的阻值最大，可知此时U滑＝3V－0.5V＝2.5V；此时电路中的电流为0.1A，则滑动变阻器的阻值R滑＝I＝0.1A＝25Ω，所以滑动变阻器的规格是“25Ω 2A”，C正确．(4) 滑动变阻器接入电路的阻值减小，此时灯泡的阻值变大，但电路中的电流变大，可知电路中的总电阻变小，所以变阻器减小的阻值大于灯泡增大的阻值，ΔR1＞ΔR2.
答案：(1) 如图丁所示 (2) ③⑦ 断路 (3) 0.75 C (4) ＞ 滑动变阻器的电阻减小，电路中电流增大，总电阻变小，此时灯泡的电阻增大，所以滑动变阻器减小的阻值大于灯泡增大的阻值
丁实验6 探究影响电流热效应的因素
思想方法
①控制变量法．控制电流和通电时间相同，改变电阻，探究电流产生的热量跟电阻的关系；控制电阻和通电时间相同，改变电流大小，探究电流产生的热量跟电流大小的关系．②转换法．导体产生热量的多少不易观察，根据气球膨胀的程度大小可知电流通过电阻丝产生的热量的多少．
实验结论
在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多；在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，产生的热量越多．
示例 (2015·衡阳)为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，王军设计了如图所示的甲、乙两种装置，他将两根阻值不同的电阻丝(R1＜R2)分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变．
(1) 实验中通过__________的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少．
(2) 甲装置可探究电流产生的热量与________的关系．
(3) 在装置甲、乙的两次实验中，通过比较相同时间内气球B与D的变化情况，可探究电流产生的热量与________的关系．
(4) 甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，与________(填气球字母标号)气球相通的电阻丝产生的热量最多．
解析：(1) 当电阻丝通电后，电流产生热量使瓶内温度升高，从而使气球膨胀，根据气球膨胀的程度大小可知电流通过电阻丝产生的热量的多少．这种方法叫转换法．(2) 甲中阻值不相等的两电阻串联，则两电阻中的电流相等，通电时间也相等，所以可探究电流产生热量与电阻大小的关系．(3) 由乙图可知两电阻并联，而B瓶与D瓶电阻相等，电压不相等，则可知两瓶中的电流不同，可探究电流产生的热量与通过电流的关系．(4) 甲图中两电阻串联，则通过两电阻的电流相等，由焦耳定律可得，电阻大的电阻丝发热较多，即B中产生的热量要多；乙图中两电阻并联，则电压相等，由Q＝W＝Rt可得，电阻小的产生的热量要多，故C比D产生的热量要多；而B、D电阻相等，由欧姆定律可得，B中电流小于D中电流，故D中热量要比B中热量多，故C中热量最多．
答案：(1) 气球膨胀的程度大小 (2) 电阻
(3) 电流 (4) C
实验7 探究影响电磁铁磁性强弱的因素
思想方法
①控制变量法．控制电流相同，可探究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系；控制匝数相同，可探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系．②转换法．电磁铁的磁性强弱不易观察，根据吸引大头针的数量可知电磁铁磁性的强弱．
实验结论
电磁铁磁性的大小与线圈匝数和电流大小有关．电流不变，匝数越多，电磁铁磁性越强；匝数不变，电流越大，电磁铁磁性越强．
示例 (2015·常州模拟)为探究电磁铁的磁性跟哪些因素有关，小丽同学作出以下猜想：
猜想A：电磁铁通电时有磁性，断电时没有磁性；
猜想B：通过电磁铁的电流越大，它的磁性越强；
猜想C：外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强．
为了检验上述猜想是否正确，小丽所在实验小组通过交流与合作设计了以下实验方案用漆包线(表面涂有绝缘漆的导线)在大铁钉上绕制若干圈，制成简单的电磁铁．如图所示的a、b、c、d为实验中观察到的四种情况．
a
b
c
d根据小丽的猜想和实验，完成下面填空：
(1) 通过观察电磁铁吸引大头针数目多少的不同，来判断它________的不同．
(2) 通过比较________两种情况，可以验证猜想A是正确的．
(3) 通过比较________两种情况，可以验证猜想B是正确的．
(4) 通过比较d中两电磁铁，发现猜想C不全面，应补充________作为条件．
解析：(1) 电磁铁磁性的强弱可用吸引大头针数目的多少来体现，所以通过观察电磁铁吸引大头针的多少的不同，来判断它磁性的不同．(2) 电磁铁磁性的有无可以通过电磁铁是否吸引大头针来判断．由a、b两图可知，a图的开关断开，电路中没有电流，电磁铁也不吸引大头针，说明电磁铁没有磁性．b图的开关闭合，电路中有电流，电磁铁吸引大头针，说明电磁铁有磁性．(3) 猜想B是验证磁性的强弱是否与电流大小有关，因此要控制匝数相同，电流大小不同．比较几个图，只有b、c符合条件．(4) 猜想C是验证磁性的强弱是否与线圈匝数有关，因此要控制电流的大小相同，线圈匝数不同．在d图中，由于两电磁铁串联，控制了电流相等，而匝数不同，符合条件．电流大小不仅与线圈匝数有关，还与电流大小有关，因此描述时，要增加电流相等这个条件．
答案：(1) 磁场强弱 (2) a、b (3) b、c (4) 电流相等
实验8 探究磁场对通电导体的作用
思想方法
①控制变量法．探究磁场中通电导线作用力大小与导线中电流的大小是
示例 (2015·泰州模拟)在探究“磁场对通电直导线的作用”活动中，小明按照图示组装实验器材．
(1) 小明把一根轻质的铝棒作为直导线放在蹄形磁体的磁场里，否有关时，要控制直导线的长度和磁场的强弱不变．②转换法．通过观察通电导线摆动的幅度来判断磁场对通电导线作用力的大小．
实验结论
磁场对通电导体有力的作用，其力的方向与磁场方向和电流方向有关．改变通电导体的受力方向，可以通过改变磁场方向或导体中的电流方向来实现．接通电源，看到直导线向左运动．说明磁场对通电导线有________的作用．
(2) 若只将磁体的两极对调，接通电源，观察到直导线向________(填“左”或“右”)运动．
(3) 探究“磁场对通电直导线的作用”活动后．小明提出：磁场对通电导线作用力的大小与什么因素有关？
思考后认为可能影响磁场对电流作用的因素有：直导线的长度、磁场的强弱和导线的电流大小．
请在图中器材的基础上，添加适当的器材，设计一个简单实验，探究磁场中通电导线作用力大小与导线中电流的大小是否有关．
简要做法：
；
如何判断：
.
解析：(1) 把一根轻质的铝棒作为直导线放在蹄形磁体的磁场里，接通电源，看到直导线向左运动．说明磁场对通电导线有力的作用．(2) 只将磁体的两极对调，接通电源，导体的运动方向会改变，所以观察到直导线向右运动．(3) 探究磁场中通电导线作用力大小与导线中电流的大小是否有关，可以在其他条件不变的情况下，添加一滑动变阻器来改变电路中的电流．其做法如下：在如图所示的电路中串联一个滑动变阻器，移动变阻器的滑片，改变导线中电流的大小，观察通电导线摆动的幅度；判断方法：比较通电导线摆动的幅度，以此判断磁场对通电导线作用力大小与导线中电流的大小是否有关．
答案：(1) 力 (2) 右 (3) 在如图所示的电路中串联一个滑动变阻器，移动变阻器的滑片，改变导线中电流的大小，观察通电导线摆动的幅度 比较通电导线摆动的幅度，以此判断磁场对通电导线作用力大小与导线中电流的大小是否有关
实验9 探究感应电流产生的条件
示例 (2014·扬州)在探究“感应电流产生的条件”实验中．
思想方法
控制变量法．探究感应电流大小与磁场强弱关系时，控制导体切割磁感线的速度和长度不变；探究感应电流大小与导体切割磁感线的速度关系时，控制磁场强度和导体长度不变．
实验结论
①闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，会产生感应电流．②感应电流的方向与磁场方向和导体切割磁感线运动方向有关．③感应电流的大小与线圈匝数和导体切割磁感线运动的速度有关．(1) 如图，a、b两接线柱间应接入________(填“大”或“小”)量程的电流表．
(2) 导体在磁场中运动时，电流表指针没有发生偏转，其原因可能是________________________．
(3) 改正错误后继续实验，小王发现每次电流表指针的偏转角度不相同，于是他对影响感应电流大小的因素作以下猜想．
猜想一：与导体切割磁感线运动的速度大小有关；
猜想二：与磁场的强弱有关；
猜想三：与导体的匝数有关．
为了验证猜想三，他设计的方案是：分别让两个匝数不同的线圈，在如图所示的磁场中水平向左运动，观察电流表指针的偏转角度．请对此方案作出评价，指出存在的主要问题是__________．请你说出小王最终如何判断猜想三是否正确：__________________.
解析：(1) 由于产生的感应电流比较小，因此为了使实验现象明显，应选择小量程的电流表．(2) 导体在磁场中运动时，电流表指针没有发生偏转，可能是开关没有闭合，或者线圈没有做切割磁感线运动．(3) 要研究感应电流的大小与线圈的匝数是否有关，应该控制磁场强弱和线圈切割磁感线的速度不变，只改变线圈匝数，观察电流表指针偏转的角度．两次偏转角度，若相差不大，与线圈匝数无关；若相差明显，与线圈匝数有关．
答案：(1) 小 (2) 开关没有闭合(或导体没有做切割磁感线运动) (3) 没有控制线圈切割磁感线速度大小不变 比较指针两次偏转角度，若相差不大，与线圈匝数无关；若相差明显，与线圈匝数有关
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