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1、高中物理实验 电路设计实验（培优） 电路 设计 实验 （培优） 1. 要测定一节干电池的电动势和内阻，实验室提供了以下器材： A 待测干电池 E （ 电动势约为 1.5V ） B. 电流表 A （ 量程 1 mA ，内阻 r 1 ? 599 ） C. 电压表 V （ 量程 3V ，内阻约 3k ） D. 滑动变阻器 R 1 ? 0 ? 20,1A ?E. 滑动变阻器 R 2 ? 0 ? 200,1A ?F. 定值电阻 R=1 G. 开关和导线若干 （ （1 1 ） ） 该实验可 以 将电流 表 A 和定值电 阻 R （ 填 “ 串 联 ” 或 “ 并联 ” ） ） ，改装成量程 为 的电流表；
2、 （ （2 2 ） ） 请根据提供器材，在图甲所示的方框内画出实验电路图 ， ， 要求实验尽可能减小实验误差 电路中滑动变阻器应选用 （填器材 前 面的字母） ） （ （3 3 ） ） 闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片，测出多组干路电 流 I 及电压表示 数 U ， 根据测得的数据作 出 U ? I 图像 ， 如图乙所示 ， 由此得到干电池 的 电 动 E ? V ，内 阻 r ? （结 果均保留两位小数） （ （4 4 ） ） 该实验 （填“ 存在” 或“ 不存在” ） 由于电表内阻引起的系统误差 【答案 】 并联 600mA（ （或 或 0.6A） ） D 1.50 （1.481.52 均
3、对） 0.84 （0.750.90 均对） 不存在 【解析】 (1)12 电流表改装较大量程的电流表需要并联定值电阻，电流表能够通过的最大电流为 1mA ，假设改装后电流表的最大量程为 I ，根据 并联分流规律： 1mA ? R I ?1mA r 1 解得： I ? 600mA ? 0.6A (2)34 电流表的量程为 0.6A ，电源电动势为 为 1.5V ，选择最大量程为 20 的滑动变阻器即可，采用限流接法，因为改装后的电流表 内阻已知，所以改装后的电流表接在电压表外边，可以进行准确测量： (3)56 电源和改装后的电流表可以等效为一个新电源，内阻为： r 0 ?R?r 1 R ? r
4、1 ? r电源 根据闭合电路欧姆定律： U ? E ? Ir0 图像和纵轴的截距为电源电动势，大小为 1.50V ，图像的斜率为电源 等效内阻： r 0 ? 1.5 ? 0.8 =1.84 0.38 电源的真实内阻： r 电源 ? r 0 ?R?r 1 R ? r 1 ? 0.84 (4)7 根据上述计算过程可知，改装后的电流表内阻已知，精确测量电路的干路电流，电压表精确测量等效电源的路端电压，所以不存在 由于电表内阻引起的系统误差 2. 小明同学想测量某电阻元件正常工作下的阻值 R L ，已知该元件电 阻约为 2 ，额定电流为 1A 。在保证器材安全的情况下，尽量准确的量 测量R L 。可供
5、使用的器材有： A. 表 电流表A 1 ：量程 00.6A( 内阻R A1 为 1) B. 电流表 A2 ：量程 03A( 内阻R A2 约为 0.5) C. 表 电压表V 1 ：量程 03V( 内阻R V1 约为 3K) D. 表 电压表V 2 ：量程 015V( 内阻R V2 约为 15K) E. 定值电阻 R 1=1 F. 定值电阻 R 3 =1K G. 滑动变阻器 R ：05 H. 蓄电池 E ：电动势 10V ，不计内阻I. 导线，电键 S (1) 电流表应选 ，电压表应选 ( 填写器材前 面的字母序号) (2) 画出电路图，并标上元件对应的符号； (3) 正确连接电路后 ， 当电流
6、表示数为 A， ， 元件正常工作 。此时电压表示数如右上图 ， 请读出此时电压表的示数 V， ， 则此元件的电阻 为 。( 计算结果保留 2 位小数) 【答案】A C 0.50 2.53-2.57 2.03-2.07 【解析】 （1 1 ） R L 的额定电流为 1A ，从安全性和精确性两方面考虑，两个电流表均不满足要求，故要进行电表的改装，电流表 A 1 量程较小，且知道内阻，故把 A 1 改装能达到要求，电流表 A 1 和 R 1 改装成量程为 1.2A 的电流表，满 足要求，电流表选 A 1 选 ，故选A ；由于 R L 的额定电流为 1A， ， R L 两端的最大电压约为2V ，故电压
7、表选择 V 1 ，故选 C； ； （2 2 ） V 1 的量程是 0 ? 3V ，小于电源的电动 势 E ? 10V , 从安全性的角度考虑，应采用分压式解法，考虑到知道电流表 A 1 的内阻，采用电流表内接法可以消除系统误差，电路图如下图所示： （3 3 ） 当电流表 A 1 的读数为 0.5A 时，电阻 R L 两端达到额定电流 1A， ， 正常工作。 估算电流的最大值 I ? 10 ? 5A ，由于只有电流表 A 知道内阻，由图可 2 知电压表的读数为 2.53-2.57V ，由 R L 1 ? U ? IR A1 ，代入数据可得： 2I R L ? 2.03 ? 2.07?3. 某同学
8、要测量某定值电阻的阻值； （ （1 1） ） 他先用多用电表粗测该电阻的阻值， ， 将选择开关调在“10” 的电阻挡 ， 调节好欧姆表 ， 将被测电阻接在两个表笔间 ， 指针指示如图 所示的位置，则被测电阻的阻值 为 ? . （ （2 2） ） 有 为了精确测量被测电阻，实验室提供的实验器材有:表 电流表 A( 量量程程 20 mA ，内阻约为 0.5 ? ) ；电流表 A 2 ( 量程 1 mA ，内阻 10 ? ) ； ； 滑动变阻器 R 1 ( 阻值范围 020 ? ，额定电流 2 A)箱 ；电阻箱 R 2 ( 阻值范围 09 999 ? ， ，1 A) ；电源 E( 电动势 6 V ，
9、内阻不计) ；导线若干. 实验中要将电流表A 2 改装成量程为3V 的 的电压表，需要将电阻箱与电流表 A 2 ( 填“ 串 或“ 并”) 联 ， 且电阻箱接入路的电阻阻值 为 ? ；请 在虚线框 中 面出实验电路图 ， 并标出各个器材 的 代 号； ； （ ） （ （3 3） ） 闭合开关 S ，调节滑动变阻器，测得 6 组电压、电流的值该同学在坐标系中描点，作出了 2 条 条 I-U 图线，你认为正确的是 ( 填“ ” 成“ ”) ，并由图线 求出电阻 R x = ? ( 保保 留三位有效数字) 【答案】150 串 2 990 158 【解析】 （ （1 ）1 若选用倍率为“ 10” 的电
10、阻挡测电阻时，所测电阻的阻值为 15?10? ? 150? . （ （2 ）234 若将电流表 A 2 改装成量程为 3 V 的电压表，需要串联的电阻的阻值为 R ? 3 1?10 ?3 ? ?10? ? 2990? ； 实验电路图如图所示. （ （3 ）56 因为电压表测量的是被测电阻两端电压，所以当其两端电压为零时，电流也为零，故图线 正确；图象的斜率表示 R x 与 与 R v I ? U ?并联的总电阻的倒数，即 R 并 U R 0 ? R V R r ? R V R ? U 故 I ? U ? 3.0 0.02 ? 3 ? ? 158?R V 3000 4. 现要测量某小量程电流表的
11、内阻，其内阻在 8 10 之间，要求 I 测量多组数据，且各电表指针最大偏转均能超过其满偏刻度的 2 ，可 3 选用的器材如下： A. 表 待测电流表A（ （ 量程 10mA） ） B. 电压表 V（ （ 量程 3V ，内阻约 3k ） C. 电流表 A 0 （ 量程 5mA ，内阻 r 0 = t0fi ） D. 滑动变阻器 R 1 （ 最大电阻 5 ，滑片可滑动的最大距离 10cm） E. 滑动变阻器 R 2 （ 最大电阻 10 ，滑片可滑动的最大距离 50cm） F. 定值电阻 R 3 （ 阻值 20 ） G. 电源 E（ （ 电动势 1.5V） ） H. 开关 S 及导线若干 （1 1
12、 ） 器材选择时，在电压表 V 和电流表 A 0 中，应选 （ 填 “V” 或 “A 0 ” ） ） ，为便于 调 节，滑动变阻器 应 选 （填 “R 1 ” 或 “R 2 ” ） ） ； （2 2 ） 请在方框内画出实验电路图 ； （3 3 ） 实验中，若测得待测电流表 A 的示数为 I ，另一电表的示数为k ，则待测电流表 表 A 内阻的表达式为 r= . 【答案】 A 0 R 2 kr 0 R3 【解析】 第一空第二空 . 由于电压表内阻不可确定 而电流表内阻已知，故应选用电流表 A 0 ；为了便于调节，滑动变阻器应选用可滑动距离大的，故应选用 R 2 ；第三空. 为了调节范围尽可能的大
13、， 滑动变阻器应选用分压式，两个电流表并联，电 I 路如图。第四空 . 根据实验电路图，以及并联电路电压相等的原理， 可得： I(r ? R 3 ) = kr 0 ，得 r = kr 0 R 3 ； 5. 从下列实验器材中选出适当的器材，设计实验电路来测量某电压表的内阻，要求方法简捷，操作方便。可进行多次测量并达到较高的 测量精度。 A. 待测电压表 V 1 ，量程 0 ? 3V ， R v 内电阻约 20k ? ?25k B. 电压表 V ，量程0 ? 5V ，内电阻约 50k?C. 定值电阻 R 1 ，阻值20k D. 定值电阻 R 2 ，阻值 100? ?E. 滑动变阻器 R 3 ，阻值
14、范围 0 ? 2000? ，额定电流 2.5A F. 滑动变阻器 R 4 ，阻值范围 0 ? 20? ，额定电流 2A G. 电池组，电动势为 6V ，内电阻为0.5?H. 单刀开关若干和导线若干 请设计一个测量电路，并在方框中画出电路图 实验器材选择除A 、B 、G 、H 外， 定值电阻应选 用 ， 滑动变阻器应选用 （ 用器材前 的字母表示） ） 。 写出测量电压表内阻的表达式 。 。 （用己知物理量和测量量 表示） 【答案】 C F R V ?U 1 R U ?U 1 【解析】 1 R R ? ? 由于电压表的内阻远大于滑动变阻器的最大电阻，若采用限流式接法， 通过待测电压表的电流变化范
15、围比较小，不可能达到多测几组数据目 的，无法精确地测量电压表的内阻，故采用分压式接法；待测电压表 V 1 和测量电压表 V 的量程不同，且待测电压表的内阻小于测量电压表 的内阻，为了得到较高的测量精度，应使两个电压表的读数尽可能都 2 V 达到量程的 3 以上；故待测电压表 1 应串联一个电阻，且它们的电阻之和与测量电压表相差不多，故串联定值电阻 R 1 ，然后再与测量电压表 V 并联为了便于调节，滑动变阻器应选择 R4 电路图如下： V R U 1 ? U ?U 1 R ? U 1 R 待测电压表 1 与定值电阻 1 ，故有 V 1 ，解得： V 1 。 U U 1 6. 某研究性学习小组为了研究标有“3.0V ，1.5W 字样小灯泡的伏安特性曲线，设计并完成了有关实验。以下是实验中可供选择的器材 材 A 直流电源E(5V ，内阻约 0.5) ； B. 电流表 A 1 (0 3A ，内阻约 0.1) ； C. 电流表 A 2 (0 0.6A ，内阻约 1) ； D. 电压表 V 1 (0 3V ，内阻约 3k) ； E 电压表 V
