《2025年高分突破课时达标讲练测九年级物理全一册沪科版》

例1 图甲是小伟探究“导体中电流与电阻的关系”的实验电路图。图乙是他根据实验数据描绘出的I-R关系图像。由图像可知:他每次控制电阻两端的电压为2.5V不变。如果电源电压为4.5 V,实验中R的阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω,那么所用滑动变阻器的最大阻值至少为20Ω。

答案： 【解析】：
本题可根据探究“导体中电流与电阻的关系”实验的原理，结合欧姆定律来求解电阻两端的电压和滑动变阻器的最大阻值。
1. 求每次控制电阻两端的电压：
在探究“导体中电流与电阻的关系”实验中，要控制电阻两端的电压不变。从图乙中任选一组数据，根据欧姆定律$U = IR$来计算电阻两端的电压。
例如，当$R = 5\Omega$时，$I = 0.5A$，则$U = IR = 0.5A×5\Omega = 2.5V$；当$R = 10\Omega$时，$I = 0.25A$，$U = IR = 0.25A×10\Omega = 2.5V$。
所以，他每次控制电阻两端的电压为$2.5V$不变。
2. 求所用滑动变阻器的最大阻值：
已知电源电压$U_{总}=4.5V$，电阻两端的电压$U_{R}=2.5V$，根据串联电路电压的特点$U_{总}=U_{R}+U_{滑}$，可得滑动变阻器两端的电压$U_{滑}=U_{总}-U_{R}=4.5V - 2.5V = 2V$。
当$R = 25\Omega$时，电路中的电流$I=\frac{U_{R}}{R}=\frac{2.5V}{25\Omega}=0.1A$。
根据欧姆定律$R_{滑}=\frac{U_{滑}}{I}$，可得滑动变阻器的最大阻值$R_{滑}=\frac{2V}{0.1A}=20\Omega$。
【答案】：
$2.5$；$20\Omega$

例2 小彬用如图所示的实验器材探究“电流与电阻的关系”,电源电压恒为3 V,滑动变阻器上标有“25Ω 2 A”字样,阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、25Ω的定值电阻各一个。第1次实验时,他用5Ω的电阻做实验,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,将电流表的示数记录在下表中。第2次实验时,将定值电阻的阻值由5Ω调为10Ω后,小彬应把滑动变阻器的滑片相对上次位置向左(选填“左”或“右”)移动,使电压表示数为1.5V,再读电流表的示数,但他没有移动滑动变阻器的滑片就直接读出电流表的示数,这个示数是0.2A。如果要利用所提供的实验器材完成对四个定值电阻的实验探究,则应控制电压表的示数范围是0.5-3V。
|实验序号|1|2|3|4|
|电阻R/Ω|5|10|15|25|
|电流/A|0.3| |0.1|0.06|

答案： 左；1.5；0.2；0.5-3

例3 图甲是小明探究“导体中电流与电阻的关系”的实验电路图。实验时可供选择的定值电阻分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω,图乙是他根据实验数据描绘出的关系图像。由图像可知:当电压一定时,电流与电阻成反比(选填“正比”或“反比”);他每次控制电阻两端的电压为5V不变,若实验中所用滑动变阻器的规格为“0~20Ω”,要想保证可用电阻均能正常进行实验,电源电压应该控制在5V至9V之间。

答案： 【解析】：
本题主要考查探究“导体中电流与电阻的关系”的实验，以及欧姆定律的应用。
首先，分析图像乙，可以看出当电压一定时，电流随着电阻的增大而减小，即电流与电阻成反比。
接着，从图像中选取一组数据，例如当$R=5\Omega$时，$I=1.0A$，根据欧姆定律$U=IR$，可以计算出电阻两端的电压为$U=5\Omega×11.0A=5V$，即他每次控制电阻两端的电压为5V不变。
最后，考虑滑动变阻器的规格和电源电压的范围。
由于滑动变阻器的规格为“$0\sim20\Omega$”，当使用$25\Omega$的电阻进行实验时，为了保证电阻两端的电压仍为5V，需要滑动变阻器提供足够的电阻来分压。
此时，滑动变阻器分得的电压为$U_{滑}=IR_{滑}=0.2A×20\Omega=4V$（这里$I$是通过$25\Omega$电阻的电流，根据欧姆定律和串联电路的特点，这个电流也等于通过滑动变阻器的电流）。
因此，电源电压的最小值为$U_{min}=U+U_{滑}=5V+0V=5V$（当滑动变阻器接入电阻为0时），最大值为$U_{max}=U+U_{滑}^{\prime}=5V+4V=9V$。
所以，电源电压应该控制在$5V$至$9V$之间。
【答案】：
反比；5；5；9。

例4 现有下列器材:恒定电源(15 V)、定值电阻(10Ω、20Ω、25Ω、30Ω各一个)、电流表(0~0.6 A)、电压表、开关、滑动变阻器(100Ω 1 A)和导线若干。小王设计了如图所示的电路图探究“电流与电阻的关系”。他将30Ω的定值电阻接入电路中,闭合开关后,发现无论怎样移动滑动变阻器滑片,电压表示数都不能为3 V。为了顺利完成探究,如果只更换定值电阻,则更换的电阻阻值范围是5 - 25Ω。

答案： 【解析】：
本题主要考查了欧姆定律的应用以及串联电路的特点。
在探究电流与电阻的关系时，需要控制电阻两端的电压不变。
已知电源电压为$15V$，要使电阻两端电压为$3V$，则滑动变阻器两端电压为$U_{滑}=U - U_{R}=15V - 3V = 12V$。
根据串联电路的分压原理$\frac{U_{R}}{U_{滑}}=\frac{R}{R_{滑}}$，当滑动变阻器接入电阻最大为$100\Omega$时，定值电阻$R=\frac{U_{R}}{U_{滑}}× R_{滑}=\frac{3}{12}×100\Omega = 25\Omega$，即定值电阻最大不能超过$25\Omega$。
当滑动变阻器接入电阻为$0\Omega$时，电路中电流$I=\frac{U}{R}$，电流表量程为$0 - 0.6A$，则定值电阻最小值$R_{min}=\frac{U_{R}}{I_{max}}=\frac{3V}{0.6A}=5\Omega$。
所以更换的电阻阻值范围是$5 - 25\Omega$。
【答案】：
$5 - 25$

例5 小明同学利用四个定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω、20Ω)、规格为“15Ω 1 A”的滑动变阻器、电压为4.5 V的电源、电流表、电压表、导线和开关等器材探究电流与电阻的关系,如图所示。他将控制电压设为2.5 V,分析发现无法完成探究,应串联一个阻值在1Ω至4Ω之间的电阻,才能使四个定值电阻分别单独接入电路都能完成实验。如果小明想通过改变电源电压来完成以上全部实验,那么电源电压应控制在2.5 V至4.375V。

答案： 解：探究电流与电阻关系时，需控制定值电阻两端电压$U_{定}=2.5V$不变。
1. 设串联电阻为$R_{串}$，滑动变阻器最大阻值$R_{滑max}=15Ω$。
当定值电阻$R_{定}=20Ω$时，电路中电流$I=\frac{U_{定}}{R_{定}}=\frac{2.5V}{20Ω}=0.125A$。
此时滑动变阻器与串联电阻总电压$U_{总}-U_{定}=4.5V - 2.5V = 2V$，总电阻$R_{总}=\frac{2V}{0.125A}=16Ω$。
则$R_{串}=R_{总}-R_{滑max}=16Ω - 15Ω = 1Ω$。
2. 当定值电阻$R_{定}=5Ω$时，电路中电流$I'=\frac{U_{定}}{R_{定}}=\frac{2.5V}{5Ω}=0.5A$（未超过滑动变阻器最大电流1A）。
滑动变阻器与串联电阻总电压仍为$2V$，总电阻$R_{总}'=\frac{2V}{0.5A}=4Ω$。
此时滑动变阻器接入电阻最小为0，故$R_{串}=R_{总}'=4Ω$。
3. 若改变电源电压，当$R_{定}=20Ω$，$R_{滑max}=15Ω$时，电压比$U_{定}:U_{滑}=R_{定}:R_{滑max}=20Ω:15Ω=4:3$。
电源电压$U=U_{定}+\frac{3}{4}U_{定}=\frac{7}{4}×2.5V = 4.375V$。
应串联一个阻值在$1Ω$至$4Ω$之间的电阻；电源电压应控制在2.5V至$4.375V$。
1；4；4.375