【物理素材】电压和电阻【六】
一、选择题
1．并联电路中电压的规律是（ ）
A．并联电路两端的电压等于各支路两端的电压之和
B．并联电路中，各支路两端的电压相等
C．并联电路中的电压之间没有任何关系
D．并联电路中，电阻大的用电器两端电压小
答案：B
解析：在串联和并联电路中，电源电压与各用电器两端的电压关系不同。在串联电路中，电源电压等于各部分电路两端电压之和。在并联电路中，各支路两端电压相等，且等于电源两端电压。
2．下列说法中正确的是（ ）
A．在并联电路中，不论灯泡是大是小，每个灯泡两端的电压都相等
B．使用电压表时，它的两个接线柱不允许通过用电器直接与电源两极相连
C．只要电路两端接上电源，则电路中一定有电流通过
D．每只电流表和电压表都有一定的量程，使用时应注意选用量程，量程越大越好
答案：A
解析：电压是电路中形成电流的原因，在电路中形成电流的条件有两个，一个是电路两端有电压，电路必须是通路。电源是提供电压的装置，在电路两端接上电源，有电压，电路还必须是通路，电路中才有电流。电压表有两个量程，在测量电压时，要选择合适的量程，如果量程选择过小，可能会使电压表的指针打弯；如果量程选择过大，会使测量的读数与真实值之间的差距过大，计数不精确。电压表在电路中相当于断路，它可以直接接到电源两端测量电源电压。根据串联和并联电路的电压规律，并联各支路两端的电压均相等，各支路间互不影响，所以在并联电路中，无论灯光的规格如何，每个灯光两端的电压都相等，例如家庭电路中，各用电器两端的电压都是220V，因为家庭电路中各用电器之间是并联的。
3．如图1所示，在探究串联电路中的电压关系时，小明同学用电压表测出ab、bc、ac两端的电压分别为Uab=2V、Ubc=2V、Uac=4V，在表格中记录下数据后，下一步应该做的是（ ）
图1
A．整理器材，结束实验
B．分析数据，得出结论
C．换用不同规格的小灯泡，再测出几组电压值
D．换用电压表的另一量程，再测出一组电压值
答案：C
解析：本题中两灯泡是串联的，ab、bc、ac两端的电压表示的分别是灯L1、灯L2以及它们的总电压，这是为了找出串联电路中电压的规律。在实验探究中，要使实验结论更具有普遍性，防止实验的偶然性，需要换用不同规格的灯泡进行多次实验。实验中电压表要选择合适的量程，不能随便使用各量程。
4．在如图2（a）所示电路中，当闭合开关后，两个电压表指针偏转均如图（b）所示，则电阻R1和R2两端的电压分别为（ ）
图2
A．5.6V 1.4V B．7V 1.4V C．1.4V 7V D．1.4V 5.6V
答案：A
解析：本题中电阻R1、R2串联，电压表V1测的是电源电压，电压表V2测的是电阻R2两端的电压。根据串联电压的特点，电压表V1的示数应等于电阻R1、R2两端电压之和，即电压表V1的示数应大于V2的示数。本题中的两个电压表的指针偏转角度相等，如果电路正常，就是由于电压表的量程选择不同，电压表V1选择0～15V的量程，电压表V2选的是0～3V的量程，根据不同量程的分度值可以读出两个电压表的示数，V1的示数为7V，V2的示数为1.4V，则电阻R1两端的电压为7V-1.4V=5.6V。
5．如图3所示，电源电压不变，当开关S1闭合、S2断开时，电压表的示数为3V；当S1断开、S2闭合时，电压表示数为4.5V，则灯L1和L2两端的电压分别是（ ）
图3
A．3V和4.5V B．1.5V和4.5V C．3V和1.5V D．1.5V和3V
答案：C
解析：本题考查了电压表测量对象的判断及串联电路中电压的关系。当电路中的开关处于“闭合”或“断开”的不同状态时，电路的连接方式是不同的，因此此题可用“等效电路法”来求解，即画出开关处于不同状态时的等效电路，看电压表测的是哪部分电路两端的电压，然后根据电压关系求解。当S1闭合、S2断开时，两灯串联，电压表测的是灯L1两端的电压，即U1＝3V。当S1断开、S2闭合时，电压表测的是串联电路两端的总电压，也是电源电压，即U＝4.5V。由于电源电压不变，根据串联电路电压的特点，可求出灯L2两端的电压U2＝U－U1＝4.5V－3V＝1.5V。
6．如图4所示，当开关由闭合到断开时，电压表和电流表的示数（ ）
图4
A．A1和V的示数均不变，A2示数变小
B．A1和A2的示数均不变，V示数变大
C．A1示数不变，A2示数变小，V示数变大
D．A1示数变大，A2和V的示数均不变
答案：A
解析：这是一个并联电路，电流表A1测的是灯L1中的电流，电流表A2测的是干路电流，电压表测的是并联电压。并联电路中干路电流等于各支路电流之和，并且各支路互不影响，开关S控制灯L2，开关S的通断对其余支路不影响，即开关S的通断对L1所在的支路不影响，电流表A1的示数不会变化。电压表测的是灯L1两端的电压，根据并联电路电压特点，电压表测量值也等于电源电压，所以开关S的通断对电压表的示数无影响。
7．如图5所示的电路中，灯L1、L2均能发光，电压表V1、V2、V3的示数分别为U1、U2、U3，则这三个电压表读数之间的关系正确的是（ ）
图5
A．U3=U1+U2 B．U3=U2=U1 C．U2=U1+U3 D．U1=U2+U3
答案：C
解析：本题考查了电路识别、电压表测量对象的判断以及串联电路中电压的关系等知识点，需要有较强的综合能力。本题中两只灯泡串联，电压表V1和灯L2并联，测量的是灯L2两端的电压，电压表V2与电源并联，测量的是电源两端电压，电压表V3测的是灯L1两端的电压。根据串联电路电压的规律特点，串联总电压等于电源两端电压，也等于各部分电路两端的电压之和，即U2=U1+U3。
8．如图6所示，两位同学分别设计了能在不改变电路连接的前提下，测出灯L1和L2两端电压的电路，其中正确的是（ ）
图6
A．图甲 B．图乙 C．图甲和图乙 D．两图均不正确
答案：B
解析：这是一个两灯串联的电路，利用电压表测电压时，要把电压表与被测电路并联。本题中只有一只电压表，需要测出两灯的电压，如果仅一次实验无法同时测出两灯的电压，可以通过开关来改变测量对象。在本题的两张图中均使用了单刀双掷开关来改变电压表的测量对象，甲图中当开关S接1触点时，电压表测的是灯L1两端的电压，当开关S接2触点时，电压表测量的是灯L1、L2的总电压，根据串联电路的电压关系，可以计算出灯L2两端的电压。在乙图中，当开关S接1触点时，电压表和灯L1并联，测的是灯泡L1两端的电压，根据电压表的使用方法，电压表的下接线柱是正接线，上面是负接线柱；当开关S接2触点，电压表和灯L2并联，测的是灯L2两端的电压，根据电压表使用方法，电压表的上接线柱应是正接线柱，下面为负接线柱，这与开关S接1触点的正负接线柱刚好相反，不符合电压表的使用方法，所以图乙无法正确地测量灯L2两端的电压。
9．如图7所示，电源电压为6V，甲、乙灯泡规格相同，当闭合开关S后，两灯都不亮，现用电压表进行检测，量出A、B两点间的电压为0，B、C两点间电压为6V，造成断路原因可能是（ ）
图7
A．电源接触不良 B．开关接触不良
C．乙灯接触不良或灯丝断了 D．甲灯接触不良或灯丝断了
答案：C
解析：本题主要考查了使用电压表检测电路故障的方法。开关闭合后，两灯不亮，电路可能的故障是电路中有断路，既可能是导线开路，也可能是甲、乙两灯泡中的一个或两个有开路现象。由于电源电压是6V，当电压表测A、B两点之间电压为0，说明乙灯泡可能出现开路，或B点至电源负极之间出现开路，也可能A点到电源正极之间有开路，但是，当电压表接在B、C两点之间时，示数为6V，则说明A点到电源正极之间无开路，即只能是B、C点之间有开路或接触不良。
10．我们做电学实验时应学会检查和排除电路故障。如图8是一位同学研究串联电路电流、电压特点的电路图。当闭合开关时，灯泡L1亮，L2不亮，电流表A和电压表V均有示数，故障的原因可能是（ ）
图8
A．L1短路 B．L2短路 C．L1断路 D．L2断路
答案：B
解析：因为两只灯泡L1和L2是串联的，串联电路相互影响，如果断开一个用电器，则其余用电器均不能工作。当闭合开关时，L1亮，L2不亮，说明电路发生了短路，电流表A和电压表V均有示数，如L1短路，相当于短路，其两端没有电压，电压表示数应是零，所以应是L2短路了。
二、填空题
11．每个节日小彩灯正常工作时的电压为3V，要把它们串联在36V的电源上使之正常发光，则至少需要串联_________个这样的小彩灯；如果要使其中一只小彩灯正常发光，利用干电池供电，需要________节干电池串联。
答案：12 2
解析：串联电路的总电压等于各部分电路两端电压之和，小彩灯正常工作电压是3V，即要使小彩灯不被烧坏，其两端电压最大为3V，电源电压为36V，则需要串联12个这样的灯泡才能使灯两端电压为3V。电池的串联总电压等于每节电池的电压之和，每节干电池的电压为1.5V，利用2节干电池串联就可以得到3V的电压。
12．小明按如图9甲所示的电路进行实验，当闭合开关用电器正常工作时，电压表V1和V2的指针位置完全一样，如图乙所示，则L2两端的电压为_________V，L1两端的电压为_________V。
图9
答案：2 8
解析：电路中灯L1、L2是串联的，电压表V1测的是两灯的总电压，电压表V2测灯L2两端电压。串联电路中总电压等于各部分电路两端电压之和，电压表V1的示数大于V2的示数，但两表指针位置完全相同，说明它们所选的量程不同，电压表V1是大量程，V2是小量程。在电压表中指针在同一位置，大量程读数是小量程读数的5倍。所以电源电压为10V，L2两端电压为2V，L1两端电压则为8V。
13．如图10所示的电路，电源电压U=6V，当闭合开关S后，电压表V3的示数为3.5V，则电压表V1和V2的示数分别为________V和________V。
答案：6 2.5
解析：此电路中L1、L2是串联的，电压表V1测的是电源两端电压，示数为6V；电压表V2测的是L1两端电压，电压表V3测的是L2两端电压。串联电路中电源电压等于各部分电路两端电压之和，即L1和L2两端电压之和等于电源电压。
14．如图11所示，L1和L2________联，V1测量________两端的电压；V2测量________两端的电压；V3测量________两端的电压，其中电压表V1、V2和V3的示数分别为U1、U2和U3，则三个电表示数之间存在的关系式是_________________________。
图11
答案：串 L1 L2 L1和L2（或电源） U3=U1+U2
解析：在电路中电压表相当于断路，电流表相当于导线，分析电路时可以把电压表去掉再分析（如下图），此时灯L1、L2串联的。把电压表V1恢复到简图中，电压表V1与灯L1并联，测的是L1两端电压；电压表V2恢复到简图中，电压表测的是L2两端电压；同样的方法可以判断出电压表V3与灯L1和L2并联，测的是它们的总电压。串联电路中的总电压等于各部分电路两端电压之和。
三、实验探究题
15．在探究电路连接的实验中，小明同学用电压表测得两只小灯泡两端的电压相等，因此他得出结论是：这两只小灯泡是并联的，小明的推理是__________（选填“正确”或“不正确”）的。为了进一步弄清两灯的连接情况，在不增加其他器材的情况下，请你帮他想想办法，你的办法是：_________________________。
答案：不正确 再利用电压表测出电源两端电压，与灯泡两端电压进行比较
解析：并联电路中各支路两端电压都相等，并且等于电源电压。串联电路中电源的输出电压等于各部分电路两端电压之和，即各部分电路两端电压均小于电源的输出电压。如果电路中两个用电器两端电压相等，有可能是用电器并联，也可以是相同规格的用电器串联。要判断连接方式，可以把用电器两端电压与电源的输出电压进行比较，如果相等则用电器是并联，如果用电器两端电压小于电源电压，则它们是串联的。
16．在如图12所示的电路中，A、B、C、D、E、F为电路中的六个接线柱，若用电压表测量灯L1两端的电压，则线头M应接在____________接线柱，若要用电压表测量串联电路的总电压，则线头M应接在____________接线柱。
图12
答案：B或C D或E或F
解析：使用电压表测量某段电路两端的电压时，应将电压表并联在该段电路两端。由图可知，若用电压表测量灯L1两端的电压，则应将电压表并联在灯L1两端，即AB两端或AC两端，所以线头M应接在B或C接线柱上；若要用电压表测量串联电路的总电压，则应将电压表并联在串联电路两端或电源两端，所以线头M应接在D或E或F接线柱上。
17．小明同学对串联电路电压规律进行了探究。
【猜想与假设】串联电路总电压等于各用电器两端的电压之和。
【设计与进行实验】
（1）按图13所示的电路图连接电路。
（2）闭合开关，排除故障，用电压表测出L1两端的电压。
（3）在测L2两端的电压时，小明为了节省时间，采用以下方法：电压表所接的B接点不动，只断开A接点，并改接到C接点上。
（4）测出AC间的电压，得出结论。
【交流与评估】
（1）在拆接电路时，开关必须__________。
（2）闭合开关，发现电压表示数为零，则小灯泡的故障可能是__________或__________。
（3）小明用上面的方法能否测出L2两端的电压？__________，为什么？__________。
（4）方法改进后，测出AB、BC、AC间的电压记录在下面表格中，小明分析实验数据得出结论：串联电路总电压等于各用电器两端电压之和。此实验在设计方案上存在的不足之处是__________。改进方法__________。
图13
答案：（1）断开 （2）L1短路 L2断路 （3）不能 电压表的正负接线柱反了 （4）只有一组数据 换用不同规格的灯泡进行多次实验
解析：在连接电路时为了保护电路，开关应断开。电压表没有示数说明灯L1两端没有电压，两种可能：A、B两点间没有接入用电器，电压为零；电路中没有电流，即电路是断路。当L1短路时，相当于没有接入电路；当L2断路时，电路中无电流。电压表在使用时要让电流从电压表正接线柱流入，负接线柱流出，当电压表测L1两端电压时，与A相连的是电压表的负接线柱，与B相连的是正接线柱，若把电压表接A的线头接至C点，电压表与B相连的接线柱就应该为负接线柱，所以电压表的正负接线柱就反了。在通过实验得出一个规律时要进行多次实验，使实验结论更具有普遍性，防止实验的偶然性。
18．如图14所示，L1、L2是完全相同的灯泡，A1、A2接入电路后的示数是1.0A和0.5A，开关S同时控制L1、L2，电压表测电源电压，根据要求画出电路图，并连接实物图。
图14
答案：电路图设计如图甲，电路的实物连接图如图乙所示。
甲 乙
解析：若L1、L2串联，依据串联电路中电流处处相等的特点，应有IL1=IL2，而两电流表的示数不相等，这说明了L1、L2是并联的关系。L1、L2是完全相同的灯泡，依据并联电路的规律，应有IL1=IL2，而两表的示数又不相等，则说明了A1是测干路电路的，A2是测支路中电流的。量程的选择：电压表使用0～3V，电流表A1使用0～3A，电流表A2使用0～0.6A。
实验目的：
1．知道一节干电池的电压，比较电池在供电前后电压的变化；
2．知道电池串联总电压等于各电池的电压之和；
3．初步了解同一电池在不同电路中时的输出电压会发生改变；
4．了解电池并联时电压的特点。
实验原理：
电池是提供电压的装置，电路中串联的电池越多，向外提供的电压越大；在给不同的电路供电时，电池两端的电压不完全相等。
实验器材：
干电池（4节），规格不同的小灯泡（4个），导线若干，开关，电压表。
实验步骤：
1．分别测出三节干电池的电压，再把两节电池串联，测两节电池串联的总电压。再把三节电池串联，测三节电池串联的总电压。比较电池串联总电压与各节电池间的电压关系。
2．用电压表测一节干电池的电压。
3．如图把一只小灯泡接到电池两端，组成一个简单电路，闭合开关，读出电压表的示数，比较此时电源两端的电压是否与第2步中测得的电压相同。
4．把两个灯泡串联，利用电压表分别测出各灯泡两端的电压，再测出电源两端的电压。改用不同规格的灯泡进行多次实验，总结串联总电压与用电器两端电压的关系，比较电源输出的电压与两灯的总电压是否相等。
5．比较此时电源输出电压与第1步中相同节数电池电压，电池在有用电器工作和无用电器工作时的电压是否相等。
6．增加串联灯泡的个数，比较电源输出电压是如何变化的。
7．把两节电池并联，测出并联电池的电压与单个电池电压的关系。
8．把两个灯泡并联，接到两节电池串联的电源上，测出此时电源的输出电压。
9．把三个灯泡并联，接到同样的电源两端，测出此时电源的输出电压，比较电源两端并联的支路增多时，电源的输出电压是否会发生改变。
操作提示：
1．本实验中使用的是干电池，不能使用学生电源替代；
2．实验中选择的电池最好不要用新电池，新电池的内阻较小，效果没有旧电池好；
3．在实验中电池的串联和并联，要注意不能使电池短路；
4．在灯泡串联时，灯泡可能不发光，是由于流过灯的电流过小，并不是因为电路故障；
5．在实验中要注意电压表量程要及时更换。
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