电学实验专题学生用.docx
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电学实验专题学生用.docx
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电学实验专题学生用
一、仪器的读数问题
1.多用表的读数问题、电路故障判断
【例1】(2014·重庆卷)某照明电路出现故障,其电路如题6图1所示,该电路用标称值12V的蓄电池为电源,导线及其接触
完好。
维修人员使用已调好的多用表直流50V挡检测故障。
他将黑表笔接在c点,用红表笔分别探测电路的a、b点。
①断开开关,红表笔接a点时多用表指示如题6图2所示,读数为 V,说明 正常(选填:
蓄电池、保险丝、开关、小灯)。
②红表笔接b点,断开开关时,表针不偏转,闭合开关后,多用表指示仍然和题6图2相同,可判断发生故障的器件是 。
(选填:
蓄电池、保险丝、开关、小灯)
2.螺旋测微器、游标卡尺的读数问题、电阻率的测定
【例2】(2014·海南卷)现有一合金制成的圆柱体,为测量该合金的电阻率,现用伏安法测圆柱体两端之间的电阻,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆柱体的长度。
螺旋测微器和游标卡尺的示数如图(a)和图(b)所示。
(1)由上图读得圆柱体的直径为 mm,长度为 cm。
(2)若流经圆柱体的电流为I,圆柱体两端之间的电压为U,圆柱体的直径和长度分别为D、L,测得D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ= 。
2.电压表的读数问题、滑动变阻器的分压式接法
【例3】(2014·广东卷)某同学设计的可调电源电路如图(a)所示,R0为保护电阻,P为滑动变阻器的滑片,闭合电键S。
①用电压表测量A、B两端的电压:
将电压表调零,选择0~3V,档,示数如图(b),电压值为 V。
②在接通外电路之前,为了保证外电路的安全,滑片P应先置于 端。
③要使输出电压U变大,滑片P应向 端滑动。
④若电源电路中不接入R0,则在使用过程中,存在 的风险(填“断路”或“短路”)。
二、伏安法测电阻
【例4】(2014·天津卷)现要测量一个未知电阻Rx的阻值,除Rx外可用的器材有:
多用的电表(仅可使用欧姆挡);一个电池组E(电动势6V);一个滑动变阻器R(0~20
,额定电流1A);两个相同的电流表G(内阻Rg=1000
,满偏电流Ig=100μA);两个标准电阻(R1=29000
,R2=0.1
);一个电键S、导线若干。
①为了设计电路,先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻,采用“×10”挡,调零后测量该电阻,发现指针偏角非常大,最后几乎紧挨满编刻度停下来,下列判断和做法正确的是 (填字母代号)。
A.这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆
B.这个电阻阻值很大,估计有几千欧姆
C.如需进一步测量可换“×1”挡,调零后测量
D.如需进一步测量可换“×1k”挡,调零后测量
②根据粗测的判断,设计一个测量电路,要求测量尽量准确并使电路能耗较小,画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。
【例5】(2014·山东卷)实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度。
该同学首先测得铜导线横截面积为1.0mm2,查得铜的电阻率为1.7×10-8Ω·m,再利用图甲所示的电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度。
可供使用的器材有:
电流表:
量程0.6A,内阻约0.2Ω;电压表:
量程3V,内阻约9kΩ;滑动变阻器R1:
最大阻值5Ω;滑动变阻器R2:
最大阻值20Ω;定值电阻:
R0=3Ω;电源:
电动势6V,内阻可不计;开关、导线若干。
回答下列问题:
(1) 实验中滑动变阻器应选 (填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至 端(填“a”或“b”)。
(2) 在实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接。
(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50A时,电压表示数如图乙所示,读数为 V。
(4) 导线实际长度为 m(保留2位有效数字)。
【例6】 (2014·浙江卷)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣,于是用伏安法测量其电阻值。
(1)图1是部分连接好的实物电路图,请用电流表外接法完成接线并在图中画出。
(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性,并将得到的电流、电压数据描到U-I图上,如图2所示。
在图中,由电流表外接法得到的数据点是用_______(填“О”或“Х”)表示的。
图2
(3)请你选择一组数据点,在图2上用作图法作图,并求出这段铅笔芯的电阻为______Ω。
【例7】(2014·新课标全国卷Ⅱ)在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200Ω,电压表V的内阻的为2kΩ,电流表A的内阻约为10Ω,测量电路中电流表的连接表的连接方式如图(a)或图(b)所示,结果由公式
计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的示数。
若将图(a)和图(b)中电路图测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1_______(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2__________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值。
【例8】(2014·四川卷)如图所示是测量阻值约为几十欧的未知电阻Rx的原理图,图中R0是保护电阻(10Ω),R1是电阻箱(0~99.9Ω),R是滑动变阻器。
A1和A2是电流表,E是电源(电动势10V,内阻很小)
在保证安全和满足要求的情况下,使测量范围尽可能大,实验具体步骤如下:
(i)连接好电路,将滑动变阻器R调到最大;
(ii)闭合S,从最大值开始调节电阻箱R1,先调R1为适当值,再调节滑动变阻器R,使A1示数I1=0.15A,记下这时电阻箱的阻值R1和A2的示数I2;
(iii)重复步骤(ii),再测量6组R1和I2值;
(iv)将实验测得的7组数据在坐标纸上描点;
根据实验回答以下问题:
①现有四组供选用的电流表:
A.电流表(0~3mA,内阻为2.0Ω)
B.电流表(0~3mA,内阻未知)
C.电流表(0~0.3A,内阻为5.0Ω
D.电流表(0~0.3A,内阻未知)
A1应选用 ,A2应选用 。
② 测得一组R1和I2值后,调整电阻箱R1,使其阻值变小,要使A1示数I1=0.15A,应让滑动变阻器R接入电路的阻值 (选填“不变”、“变大”或“变小”)。
③在坐标纸上画出R1与I2的关系图。
④根据以上实验得出Rx= Ω。
【例9】(2014·安徽卷)某同学为了测量一个量程为3V的电压表的内阻,进行了如下实验:
(1)他先用多用电表进行了正确的测量,测量时指针位置上图所示,得出电压表内阻为3.00×103Ω,此时电压表的指针也偏转了。
已知多用表欧姆挡表盘中央刻度值为“15”,表内电池电动势为1.5V,则电压表的示数应为 V(结果保留两位有效数字)。
(2)为了更准确地测量该电压表的内阻RV,该同学设计了下图所示的电路图,
实验步骤如下:
A.断开开关S,按图2连接好电路;
B.把滑动变阻器R的滑片P滑到b端;
C.将电阻箱R0的阻值调到零;
D.闭合开关S;
E.移动滑动变阻器R的滑片P的位置,使电压表的指针指到3V位置;
F.保持滑动变阻器R的滑片P位置不变,调节电阻箱R0的阻值使电压表的指针指到1.5V位置,读出此时电阻箱R0的阻值,此值即为电压表内阻RV的测量值;
G.断开开关S。
实验中可供选择的实验器材有:
a.待测电压表
b.滑动变阻器:
最大阻值2000Ω
c.滑动变阻器:
最大阻值10Ω
d.电阻箱:
最大阻值9999.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω
e.电阻箱:
最大阻值999.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω
f.电池组:
电动势约6V,内阻可忽略
g.开关,导线若干
按照这位同学设计的实验方案,回答下列问题:
①要使测量更精确,除了选用电池组、导线、开关和待测电压表外,还应从提供的滑动变阻器中选用 (填“b”或“c”),电阻箱中选用 (填“d”或“e”)。
②电压表的内阻RV的测量值R测和真实值R真相比,R测 R真(填“>”或“<”);若RV越大,则
越 (填“大”或“小”)。
三、电阻率的测定
【例10】(2014·江苏卷)某同学通过实验测量一种合金的电阻率。
(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径。
为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧题图所示的部件 (选填“A”、“B”、“C”或“D”)。
从图中的示数可读出合金丝的直径为 mm。
(2)题图所示是测量合金丝电阻的电路,相关器材的规格已在图中标出。
合上开关,将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。
由此可以推断:
电路中 (选填图中表示接线柱的数字)之间出现了 (选填“短路”或“断路”)。
(3)在电路故障被排除后,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA,由此,该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω。
为了更准确地测出合金丝的阻值,在不更换实验器材的条件下,对实验应作怎样的改进?
请写出两条建议。
。
四、测定电池的电动势和内电阻
【例11】(2014·北京卷)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。
要求尽量减小实验误差。
(1)应该选择的实验电路是图1中的 (选项“甲”或“乙”)。
(2)现有电流表(0~0.6A)、开关和导线若干,以及以下器材:
A.电压表(0~15V) B.电压表(0~3V)
C.滑动变阻器(0~50Ω) D.滑动变阻器(0~500Ω)
实验中电压表应选用 ;滑动变阻器应选用 ;(选填相应器材前的字母)
(3)某位同学记录的6组数据如下表所示,其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出U-I图线。
序号
1
2
3
4
5
6
电压U(V)
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流I( A )
0.060
0.120
0.240
0.260
0.360
0.480
(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=____V,内电阻r=_____Ω。
(5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U以及干电池的输出功率P都会发生变化。
下图的各示意图中正确反映P-U关系的是 。
【例12】(2014·新课标全国卷Ⅰ)利用如图(a)所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:
待测电源,电阻箱R(最大阻值999.90
),电阻R0(阻值为3.0
),电阻R1(阻值为3.0
),电流表A(量程为200mA,内阻为RA =6.0
),开关S。
实验步骤如下:
①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;③以
为纵坐标,R为横坐标,作
图线(用直线线拟合);④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。
回答下列问题:
(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则
与R的关系式为 。
(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R =3.0
)时电流表的示数如图(b)所示,读出数据,完成下表。
答:
① ,② 。
R/Ω
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
I/A
0.143
0.125
①
0.100
0.091
0.084
0.077
I-1/A-1
6.99
8.00
②
10.0
11.0
11.9
13.0
(3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k= A-1
-1,截距b= A-1。
(4)根据图线求得电源电动势E= V,内阻r=
。
【例13】(2014·全国大纲卷)现要测量某电源的电动势和内阻。
可利用的器材有:
电流表
,内阻为1.00Ω;电压表
;阻值未知的定值电阻R1、R2、R3、R4、R5;开关S;一端连有鳄鱼夹P的导线1,其他导线若干。
某同学设计的测量电路如图(a)所示。
(1)按图(a)在实物图(b)中画出连线,并标出导线1和其P端。
(2)测量时,改变鳄鱼夹P所夹的位置,使R1、R2、R3、
R4、R5依次串入电路,记录对应的电压表的示数U和电流表的示数I。
数据如下表所示。
根据表中数据,在图(c)中的坐标纸上将所缺数据点补充完整,并画出U-I图线。
(3)根据U-I图线求出电源的电动势E= V,内阻r= Ω。
【例14】(2014·福建卷)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻,实验原理如图甲所示,其中,虚线框内为用灵敏电流计G改装的电流表A,V为标准电压表,E为待测电池组,S为开关,R为滑动变阻器,R0是标称值为4.0Ω的定值电阻。
①已知灵敏电流计G的满偏电流Ig=100μA、内阻rg=2.0kΩ,若要改装后的电流表满偏电流为200mA,应并联一只 Ω(保留一位小数)的定值电阻R1;
②根据图甲,用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路;
③某次实验的数据如下表所示:
该小组借鉴“研究匀变速直线运动”试验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r= Ω(保留两位小数);为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是 。
④该小组在前面实验的基础上,为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标准电池组通过上述方法多次测量后发现:
电动势的测量值与已知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大。
若测量过程无误,则内阻测量值总是偏大的原因是 。
(填选项前的字母)
A.电压表内阻的影响 B.滑动变阻器的最大阻值偏小
C.R1的实际阻值比计算值偏小 D.R0的实际阻值比标称值偏大
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
电压表V读U/V
5.26
5.16
5.04
4.94
4.83
4.71
4.59
4.46
改装表A读数I/mA
20
40
60
80
100
120
140
160
【例15】(2014·上海卷)在“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验中
(1)将待测电池组、滑动变阻器、电流传感器、电压传感器、定值电阻、电键及若干导线连接成电路如图(a)所示。
图中未接导线的A端应接在 点(选填:
“B”、“C”、“D”或“E”)。
(2)实验得到的U-I关系如图(b)中的直线1所示,则电池组的电动势为 V,内电阻阻值为
。
(3)为了测量定值电阻的阻值,应在图(a)中将“A”端重新连接到 点(选填:
“B”、“C”、“D”或“E”),所得到的U-I关系如图(b)中的直线Ⅱ所示,则定值电阻的阻值为
。
【例16】(2014·海南卷)用伏安法测量一电池的内阻。
已知该待测电池的电动势E约为9V,内阻约数十欧,允许输出的最大电流为50mA,可选用的实验器材有:
电压表V1(量程5V);电压表V2(量程10V);电流表A1(量程50mA);电压表A2(量程100mA);滑动变阻器R(最大电阻300Ω);定值电阻R1(阻值为200Ω,额定功率为1/8W);定值电阻R2(阻值为220Ω,额定功率为1W);开关S;导线若干。
测量数据如坐标纸上U-I图线所示。
(1)在答题卡相应的虚线方框内画出合理的电路原理图,并标明所选器材的符号。
(2)在设计的电路中,选择定值电阻的根据是 。
(3)由U-I图线求得待测电池的内阻为 Ω。
(4)在你设计的电路中,产生系统误差的主要原因是 。
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- 电学 实验 专题 学生