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1、1第第 2 2 讲讲 电学实验与创新电学实验与创新1.(2017甘肃庆阳模拟)某同学要探究一种新材料制成的圆柱体的电阻.步骤如下: (1)用游标为 20 分度的卡尺测量其长度如图 1,由图可知其长度为mm. (2)用螺旋测微器测量其直径如图 2,由图可知其直径为cm. (3)用多用电表的电阻“10”挡,按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻,表盘的示数如图 3,则 该电阻的阻值约为 . (4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻 R,现有的器材及其代号和规格如下: 待测圆柱体电阻 R; 电流表 A1(量程 04 mA,内阻约 50 ); 电流表 A2(量程 010 mA,内阻约 30 ); 电压表 V
2、1(量程 03 V,内阻约 10 k); 电压表 V2(量程 015 V,内阻约 25 k); 直流电源 E(电动势 4 V,内阻不计); 滑动变阻器 R1(阻值范围 015 ,允许通过的最大电流 2.0 A); 滑动变阻器 R2(阻值范围 020 k,允许通过的最大电流 0.5 A) 开关 S; 导线若干; 为使实验误差较小,要求测得多组数据进行分析,请在图 4 方框中画出测量的电路图,并标明 所用器材的代号. 解析:(1)游标卡尺的读数为 L=50 mm+30.05 mm=50.15 mm; (2)螺旋测微器的读数为 d=4.5 mm+20.00.01 mm=4.700 mm=0.470
3、0 cm; (3)欧姆表的读数为 R=2210 =220 ;(4)由于电压表 V2量程太大(量程的 大于电源的电动势),所以电压表应选择 V1; 根据欧姆定律可求出通过待测电阻的最大电流为Imax= = A14 mA,所以电流表应选择 A2;2根据实验要求多测几组数据可知变阻器应采用分压式接法,应选择阻值小的变阻器以方便调 节;由于待测电阻满足,电流表应用外接法,画出电路图,如图所示.答案:(1)50.15 (2)0.470 0 (3)220 (4)见解析图 2.(2017江西上饶一模)一个小灯泡的额定电压为 2.0 V,额定电流约为 0.5 A,选用下列实 验器材进行实验,并利用实验数据描绘
4、和研究小灯泡的伏安特性曲线 A.电源 E:电动势为 3.0 V,内阻不计 B.电压表 V1:量程为 03 V,内阻约为 1 k C.电压表 V2:量程为 015 V,内阻约为 4 k D.电流表 A1:量程为 03 A,内阻约为 0.1 E.电流表 A2:量程为 00.6 A,内阻约为 0.6 F.滑动变阻器 R1:最大阻值为 10 ,额定电流为 1.0 A G.滑动变阻器 R2:最大阻值为 150 ,额定电流为 1.0 A H.开关 S,导线若干 (1)实验中使用的电压表应选用 ;电流表应选用 ;滑动变阻器应选用 (请填写选项前对应的字母). 3(2)实验中某同学连接实验电路如图 1 所示,
5、请你不要改动已连接的导线,在图 1 的实物连接 图中把还需要连接的导线补上.闭合开关前,应使变阻器滑片放在最 (填“左”或“右” )端. (3)实验中得到的其中一组电压表与电流表示数如图 2 所示,请将该组数据标记在 U-I 坐标 中,其余实验数据已标记在图 3 的坐标中,请你画出小灯泡的 U-I 图线.并简述该图线不是直 线的主要原因 . (4)若将实验中的小灯泡接在电动势是 1.5 V、内阻是 1.0 的电池两端,则小灯泡的实际 功率约为 W(保留两位有效数字). 解析:(1)灯泡额定电压为 2 V,电压表应选 B,灯泡额定电流为 0.5 A,电流表应选 E,为方便 实验操作,滑动变阻器应
6、选 F. (2)描绘灯泡伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,灯泡正常发光时电阻约为 R= = =4 ,电压表内阻约为 1 k,电压表内阻远大于灯泡电 阻,电流表应采用外接法,实验电路图如图(甲)所示;为保护电路,闭合开关前,滑片应置于 左端.(3)根据坐标系中描出的点,用平滑的曲线把各点连接起来,作出灯泡的 U-I 图像,如图(乙) 所示.由于灯泡电阻受温度影响,灯泡电阻随温度升高而增大,所以灯泡的 U-I 图线不是直线. (4)在灯泡的 U-I 图像坐标系中作出电池的 U-I 图像,如图(丙)所示;4由图像可知,用该电池给灯泡供电时,灯泡两端电压为 1.1 V,
7、电流为 0.4 A,则灯泡实际功率P=UI=1.10.4 W=0.44 W. 答案:(1)B E F (2)见解析图 左 (3)见解析图 灯丝电阻随温度升高而增大 (4)0.44 3.(2017宁夏石嘴山二模)用下列器材组装成一个电路,既能测量出电池组的电动势 E 和内 阻 r,又能同时描绘小灯泡的伏安特性曲线. A.电压表 V1(量程 6 V,内阻很大) B.电压表 V2(量程 3 V,内阻很大) C.电流表 A(量程 3 A,内阻很小) D.滑动变阻器 R(最大阻值 10 ,额定电流 4 A) E.小灯泡(2 A,5 W) F.电池组(电动势 E,内阻 r) G.开关一只,导线若干 实验时
8、,调节滑动变阻器的阻值,多次测量后发现:若电压表 V1的示数增大,则电压表 V2的示 数减小. (1)请将设计的实验电路图在图(甲)的虚线方框中补充完整. (2)每一次操作后,同时记录电流表 A、电压表 V1和电压表 V2的示数,组成两个坐标点(I1,U1), (I2,U2),标到 U I 坐标中,经过多次测量,最后描绘出两条图线,如图(乙)所示,则电池组的 电动势 E= V、内阻 r= .(结果保留两位有效数字) (3)在 U-I 坐标中两条图线在 P 点相交,此时滑动变阻器连入电路的阻值应为 . 解析:(1)伏安法测电源电动势与内阻实验中,电压表测路端电压,电压表示数随滑动变阻器 接入电路
9、阻值的增大而增大;描绘小灯泡伏安特性曲线实验中,电流表测流过灯泡的电流,灯 泡两端电压随滑动变阻器接入电路电阻的增大而减小;调节滑动变阻器时,电压表 V1的示数 增大,则电压表 V2的示数减小,则 V1测路端电压,V2测灯泡两端电压,电路图如图所示.5(2)电源的 U-I 图像是一条倾斜的直线,由图像可知,电源电动势 E=4.5 V,电源内阻r= =1.0 . (3)由图像中 P 点的坐标可知,灯泡电压 UL=2.5 V,此时电路电流 I=2.0 A,电源电动势 E=Ir+UL+IR滑,即 4.5 V=2.0 A1 +2.5 V+2.0 A R滑,则 R滑=0 . 答案:(1)见解析图(2)4
10、.5 1.0 (3)0 4.(2017湖北黄冈模拟)热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC), 正温度系数电阻器的电阻随温度的升高而增大,负温度系数电阻器的电阻随温度的升高而减 小.某实验小组选用下列器材探究某一热敏电阻 Rx的导电特性,A.电流表 A1(满偏电流 10 mA,内阻 r1=10 ) B.电流表 A2(量程 0.6 A,内阻 r2为 0.5 ) C.滑动变阻器 R1(最大阻值 10 ) D.滑动变阻器 R2(最大阻值 500 ) E.定值电阻 R3(阻值 1 490 ) F.定值电阻 R4(阻值 140 ) G.电源 E(电动势 15 V,内阻忽略) H
11、.开关与导线若干 (1)实验采用的电路图如图 1 所示,则滑动变阻器选 ,定值电阻 R 选 .(填仪器前 的字母序号) (2)该小组分别测出某个热敏电阻的 I1-I2图像如图 2 所示,请分析说明该曲线对应的热敏 电阻是 (选填“PTC”或“NTC”)热敏电阻. (3)若将此热敏电阻直接接到一电动势为 9 V,内阻 10 的电源两端,则此时该热敏电阻的 阻值为 (结果保留三位有效数字) 解析:(1)电压从零开始调节,故采用滑动变阻器分压接法;故滑动变阻器应选择总阻值较小 的 C;由图可知,定值电阻 R 与电流表串联充当电压表使用,而电源的电动势为 15 V,故定值 电阻应选 E. (2)如图
12、2,由曲线所示图线可知,随电压增大,电流增大,电阻实际功率增大,温度升高,电压 与电流比值增大,电阻阻值增大,即随温度升高,电阻阻值增大,该电阻是正温度系数(PTC)热 敏电阻.6(3)根据改装原理可知,加在电阻两端的电压为 I1(R+r1);则在图 2 中作出对应的电源的伏安 特性曲线;由图中交点的坐标可知,对应的电流 I1=6.5 mA,I2=0.25 A;则由欧姆定律可知 R= =39.0 .答案:(1)C E (2)PTC (3)39.0 5.(2017河北保定模拟)为测量某一电压表的内阻,实验室准备如下器材: A.待测电压表 V1,量程 03 V,内阻约为 3 k; B.电压表 V2
13、,量程 015 V,内阻约 15 k; C.电阻箱 R1,电阻范围 09 999 ; D.滑动变阻器 R2,电阻范围 010 ; E.电源电动势约为 15 V,内阻可不计; F.开关、导线若干. (1)请按照给定的电路图连接实验器材: (2)将电阻箱的阻值调到 7 375 ; (3)闭合开关前,将滑动变阻器的滑片滑到 端(填“a”或“b”); (4)调节滑动变阻器的滑片位置时,发现两表均有读数,但读数几乎不变,经排查发现故障为 导线断路引起,请指出发生断路的导线为 (填写电路图中的数字序号); (5)排除故障后,继续进行实验,调节滑动变阻器滑片到某一位置,发现 V1表刚好满偏,V2表 指针偏转
14、情况如图 2 所示,读出 V2表读数为 V,待测电压表的内阻为 ; (6)调节滑动变阻器的滑片位置,获得多组待测电压表内阻的测量值,取平均值作为待测电压 表内阻的最终结果.7解析:(1)根据电路图连接实物电路图,实物电路图如图所示.(3)为保护电路安全,闭合开关前,将滑动变阻器的滑片滑到 a 端. (4)调节滑动变阻器的滑片位置时,两表均有读数,说明两电压表都与电源两极相连,电压表 读数几乎不变,说明移动滑片时分压电路两端电压变化不大,应是由于导线 6 断路造成,两电 压表与滑动变阻器串联,滑动变阻器阻值很小,移动滑片时总电路电阻几乎不变,电压表示数 几乎不变. (5)由图示电压表可知,其量程
15、为 15 V,分度值为 0.5 V,示数为 10.5 V;由串联电路特点可 知,电阻箱两端电压U=U2-U1=10.5 V-3 V=7.5 V,电阻箱与电压表 V1串联,则 =,代入数据,解得 RV1=2 950 . 答案:(1)见解析图 (3)a (4)6 (5)10.5 2 950 6.(2017辽宁沈阳一模)指针式多用表是实验室中常用的测量仪器,请完成下列问题:(1)在使用多用电表测量时,若选择开关拨至“25 mA”挡,指针的位置如图(a)所示,则测量 结果为 mA. 8(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图(b)所示,电池的电动势为 E、内阻为 r,R0为调零电 阻,Rg为表头内阻,电
16、路中电流 I 与待测电阻的阻值 Rx关系图像如图(c)所示,则该图像的函 数关系式为 I= ; (3)下列根据图(c)中 I Rx图线做出的解释或判断中正确的是 . A.因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的示数左小右大 B.欧姆表调零的实质是通过调节 R0使 Rx=0 时电路中的电流 I=Ig C.Rx越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示数左密右疏 D.测量中,当 Rx的阻值为图(c)中的 R2时,指针位于表盘中央位置的 左侧 (4)根据图线可知该电池的电动势 E= . 解析:(1)若选择开关拨至“25 mA”挡,由题图(a)所示表盘可知,其分度值为 0.5 mA,所测 电流为 11.5 mA.(2)根据闭合电路欧姆定律得 I=.(3)因为
