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1、电学实验专项训练(时间:45分钟满分:100分)1.(16分)(2019天津卷)测定长金属丝的电阻率。(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是 mm。(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100 ,画出实验电路图,并标明器材代号。电源E(电动势10 V,内阻约为10 )电流表A1(量程0250 mA,内阻R1=5 )电流表A2(量程0300 mA,内阻约为5 )滑动变阻器R(最大阻值10 ,额定电流2 A)开关S及导线若干(3)某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算
2、式Rx=。从设计原理看,其测量值与真实值相比(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。答案:(1)0.200(0.1960.204均可)(2)如图所示(3)I1R1I2-I1相等解析:(1)螺旋测微器的固定刻度尺上没有漏出第一条半毫米刻度线,可动刻度的示数为20.00.01mm=0.200mm,即为最后读数。(2)本实验是测金属丝电阻,给出的实验器材中没有电压表而有两个电流表,没有定值电阻或电阻箱,不能用电流表改装成电压表使用,故首先要考虑利用电流表A1(因为内阻已知)作为电压表使用,即设计电路时电流表A1与待测电阻要并联,而电流表A2放在测量电路的干路上。在控制电路的设计时,滑动变阻器选用分压式接
3、法能有效防止电流表被烧坏,并能最大限度地扩大调节范围。 (3)由答案电路图可知待测电阻两端的电压即为电流表A1的电压为U=I1R1,待测电阻的电流为I=I2-I1,故待测电阻Rx=UI=I1R1I2-I1;仅从电路的设计原理来看,测量待测电阻的电压和电流都是准确的,故测量值和真实值相等。 2.(16分)某同学准备利用下列器材测量干电池的电动势和内阻。A.待测干电池两节,每节电池电动势约为1.5 V,内阻为几欧姆B.直流电压表V1、V2,量程均为3 V,内阻约为3 kC.定值电阻R0未知D.滑动变阻器R,最大阻值为RmE.导线和开关(1)根据如图甲所示的实物连接图,在图乙方框中画出相应的电路图。
4、甲乙(2)实验之前,需要利用该电路图测出定值电阻R0,方法是先把滑动变阻器R调到最大阻值Rm,再闭合开关,电压表V1和V2的读数分别为U10、U20,则R0=(用U10、U20、Rm表示)。丙(3)实验中移动滑动变阻器滑片,读出电压表V1和V2的多组数据U1、U2,描绘出U1-U2图像如图丙所示,图中直线斜率为k,与横轴的截距为a,则两节干电池的总电动势E=,总内阻r=。(均用k、a、R0表示)答案:(1)见解析图(2)U20-U10U10Rm(3)kak-1R0k-1解析:(1)根据如题图甲所示的实物连接图画原理图,要注意两个电压表所测部分,V1测滑动变阻器的电压,V2测路端电压。(2)由电
5、路连接关系可知R0Rm=U20-U10U10,所以有R0=U20-U10U10Rm。(3)由闭合电路欧姆定律可知E=U2+U2-U1R0r,整理可得U1=R0+rrU2-R0rE,所以有k=R0+rr,可得r=R0k-1。由题图可知:当U1=0时U2=a,即可得E=R0+rR0a=kk-1a。3.(16分)(2018全国卷)某实验小组利用如图甲所示的电路探究在2580 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25 时的阻值)为900.0 ;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表V(量程150 mV);定值电阻R0(阻值20.0 ),滑动变阻器R
6、1(最大阻值为1 000 );电阻箱R2(阻值范围0999.9 );单刀开关S1,单刀双掷开关S2。甲实验时,先按图甲连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 。将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数,逐渐降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0 ,实验得到的R2-t数据见下表。t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0
7、回答下列问题:(1)在闭合S1前,图甲中R1的滑片应移动到(选填“a”或“b”)端;(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2-t曲线;乙丙(3)由图乙可得到RT在2580 范围内的温度特性,当t=44.0 时,可得RT=;(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图丙所示,该读数为,则手心温度为。答案:(1)b(2)将(60.0,320.0)和(70.0,270.0)两个点画进图中并连出圆滑的R2-t曲线如图所示。(3)450.0(4)620.033.0解析:(1)滑片在b端可以使R1的阻值全部接进电路,保证安全。(2)描点后注意与已有曲线连接成一个完整的圆滑曲线。(3)
8、从R2-t曲线中可读出t=44.0时R2=450.0,所以RT=R2=450.0。(4)由题图丙得R2的相应读数为620.0。从R2-t曲线中找到纵坐标为620.0的点,其横坐标为33.0。4.(16分)在探究小灯泡的伏安特性时,所用小灯泡上标有“2.5 V,0.6 W”字样,实验室提供的器材有:A.电流表A1(内阻约为5 、量程为025 mA)B.电流表A2(内阻约为1 ,量程为0300 mA)C.电压表V1(内阻约为5 k、量程为03 V)D.电压表V2(内阻约为15 k、量程为015 V)E.滑动变阻器R1(最大阻值为10 、额定电流为0.6 A)F.滑动变阻器R2(最大阻值为1 000
9、 、额定电流为0.2 A)G.稳压电源E(电动势为9.0 V、内阻可忽略)H.开关一个、定值电阻若干、导线若干由以上信息回答下列问题:(1)实验前设计的电路图如图甲所示。为了减小实验误差,该实验所用的电流表、电压表、滑动变阻器应分别为(选填器材前的字母)。为保护滑动变阻器和灯泡,应在电路中串联的定值电阻R0合适的电阻值应为(选填“1 ”“10 ”“30 ”或“100 ”)。甲乙(2)请确定测量电路中电压表右侧导线的正确位置后,在图乙中用笔画线代替导线,将实物完整连接起来。(3)连接好电路后,通过改变滑动变阻器的滑片位置,并通过计算机描绘了该小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示。若将两个这样的小灯泡并
10、联后直接接在电动势E=3 V、内阻r=5 的电源上,每个小灯泡所消耗的实际功率为W。(结果保留两位有效数字)丙答案:(1)B、C、E10 (2)如图所示(3)0.21(0.200.23)解析:(1)小灯泡的额定电压为2.5V,电压表选C;小灯泡的额定电流I=PU=0.24A=240mA,电流表选B;滑动变阻器采用分压式,选最大阻值较小的E。为保护滑动变阻器,保护电阻R0的阻值至少为R=EIR-Rm=5故保护电阻选阻值为10的定值电阻。(2)由题意可知小灯泡的阻值R10.4,有RRVRA,电流表采用外接法,实物连接图见答案图。(3)由于E=3V,r=5,可作出电源的U-I图像如图所示,图线与伏安
11、特性曲线的交点(1.87V,0.22A)为两个灯泡的工作电压和电流,每一个灯泡的功率P=12UI=0.21W。5.(18分)实际电流表都有内阻,为了测量电流表G1的内阻rg,提供的器材如下:待测电流表G1(05 mA,内阻约300 )电流表G2(015 mA,内阻约100 )定值电阻R1(R1=150 )滑动变阻器R2(020 )电源(电动势为3 V)开关S及导线若干(1)为了使测量结果尽量精确,设计并在虚线框中画出实验的电路图。(2)对照所画电路图连接如图所示的实物图。(3)闭合开关S,移动滑片至某一位置,记录G1和G2的读数I1和I2,则待测电流表的内阻可表示为rg=。答案:(1)电路图见
12、解析图(2)实物图见解析图(3)(I2-I1)R1I1解析:(1)电路图如图所示(2)实物图如图所示(3)待测电流表的内阻rg=(I2-I1)R1I1。6.(18分)(2019河南开封模拟)某同学为了将一量程为3 V的电压表改装成可测量电阻的仪表欧姆表。甲乙丙(1)先用如图甲所示的电路测量该电压表的内阻,图中电源内阻可忽略不计,闭合开关,将电阻箱阻值调到3 k时,电压表恰好满偏;将电阻箱阻值调到12 k时,电压表指针指在如图乙所示位置,则电压表的读数为 V。由以上数据可得电压表的内阻RV= k。(2)在图甲电路中的电压表两端接上两个表笔,就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表,如图丙所示,为将表
13、盘的电压刻度转换为电阻刻度,进行了如下操作:闭合开关,将两表笔断开,调节电阻箱,使电压表指针指在“3.00 V”处,此处刻度应标阻值为(选填“0”或“”);再保持电阻箱阻值不变,在两表笔间接不同阻值的已知电阻找出对应的电压刻度,则“1.00 V”处对应的电阻刻度为 k。(3)若该欧姆表使用一段时间后,电源内阻不能忽略且变大,电动势不变,但将两表笔断开时调节电阻箱,指针仍能满偏,按正确使用方法再进行测量,其测量结果将。A.偏大B.偏小C.不变D.无法确定答案:(1)1.506(2)1(3)C解析:(1)电压表量程为3V时,最小分度值为0.1V,所以题图乙中电压表读数为1.50V;电源电动势为E,电压表内阻为RV,电阻箱阻值调至R=3k时,3.00V=ERVR+RV;电阻箱阻值调到R=12k时,电压表读数为1.50V,则1.50V=ERVR+RV,解两式得RV=6k,E=4.5V。(2)改装后的电压表示数为3.00V时,两表笔间断路,故对应阻值为无穷大;当电压表示数为1.00V时,电阻箱两端的电压为3.50V,设电压表与待测电阻并联后等效电阻为R,由串联分压规律有1VR=3.5V3k,即R=67k=RxRVRx+RV,解得Rx=1k。(3)电源内阻增大,电源电动势不变,调节电阻箱使电压表指针达到满偏时,电阻箱与电源的总阻值不变,即欧姆表的内阻不变,所以测量结果不变。
