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73电学实验基础
7-3电学实验基础
一、选择题
1.以下说法中,正确的是( )
A.采用伏安法测电阻时,只要仪器选得正确,可保证没有系统误差
B.用伏安法测电阻,不论是用电流表外接法,还是电流表内接法,都存在系统误差
C.用欧姆表测电阻,既准确又方便
D.伏安法测电阻,存在系统误差的原因是由于电流表的分压
[答案] B
[解析] 对A、B选项,伏安法测电阻不可能没有系统误差,只能减小,故B选项正确,A选项错误。
对C选项,欧姆表测电阻方便但由于刻度不均匀读数误差较大,电池用久了误差更大。
因而C选项错误。
对D选项,不同的测量电路引起误差的原因不同,故D选项错误。
2.如下图所示,用伏安法测电阻,若电流表内阻1Ω,电压表内阻5000Ω,Rx约为10Ω,则下图中哪个测量结果较为准确?
测量值比真实值偏大还是偏小( )
A.甲电路,偏大 B.甲电路,偏小
C.乙电路,偏大D.乙电路,偏小
[答案] B
[解析]
=500,
=10,∴
>
,应采用电流表外接法,由于电压表分流,使IA>Ix,Rx的测量值比真实值偏小。
3.分别用图(a)、(b)两种电路测量同一未知电阻的阻值。
图(a)中两表的示数分别为3V、4mA,图(b)中两表的示数分别为4V、3.9mA,则待测电阻Rx的真实值为( )
A.略小于1kΩB.略小于750Ω
C.略大于1kΩD.略大于750Ω
[答案] D
[解析] 先判断采用的测量方法,由于在两种不同的接法中电压表的示数变化大,说明测量的是小电阻,这样电流表分压较大,应该采用(a)图进行测量比较准确。
(a)图中测量值较真实值偏小。
4.
如图所示电路,用伏安法测量电阻的大小。
电阻R=320Ω时,电流表的示数是15mA,电压表的示数是4.5V。
如果用这个电路测量未知电阻R′,电流表的示数是13mA,电压表的示数是5.2V,则电阻R′的大小是( )
A.R>420ΩB.400Ω C.R′=420ΩD.无法确定 [答案] A [解析] R=320Ω时,两端电压U=4.5V,则通过R的电流IR= = A=0.014A=14mA 通过电压表的电流IV=I-IR=(15-14)mA=1mA 电压表内阻RV= = Ω=4500Ω 当电阻为R′时,电压U′=5.2V 通过电压表的电流IV′= = A=1.15mA 通过R′的电流IR′=I′-IV′=(13-1.15)mA=11.85mA 电阻R′= = Ω=439Ω。 二、非选择题 5.用伏安法测一定值电阻的阻值,备选器材如下: 待测电阻Rx(阻值约2.0kΩ,额定功率为0.05W) 电压表V1(量程0~1V,内阻10kΩ) 电压表V2(量程0~10V,内阻100kΩ) 电流表A1(量程0~500μA,内阻50Ω) 电流表A2(量程0~6mA,内阻10Ω) 电源E1(电动势3V,内阻不计) 电源E2(电动势12V,内阻不计) 滑动变阻器R(电阻范围0~10Ω,额定功率25W) 电键S及导线若干 为使测量尽量准确,要求进行多次测量,求得平均值,请画出测量所需的电路原理图,并按题目所给的符号在图中标明所选器材。 [答案] 如图所示 [解析] 因待测电阻Rx的阻值约为2.0kΩ,额定功率为0.05W,由U= 得待测电阻两端电压约为10V,所以电源选E2,电压表选V2,由U=IRx,知允许通过待测电阻的最大电流约5mA,电流表选A2,因RV·RA ,所以电流表内接,又因R≪Rx,所以滑动变阻器接成分压式。 6.用伏安法测量一个阻值约为20Ω的未知电阻Rx的阻值。 实验电路图如图: (1)在以下备选器材中,电流表应选用________,电压表应选用________,滑动变阻器应选用________。 电源E(电动势3V、内阻可以忽略不计) 电流表A1(量程0~50mA,内阻约12Ω) 电流表A2(量程0~3A,内阻约0.12Ω) 电压表V1(量程0~3V,内阻约3kΩ) 电压表V2(量程0~15V,内阻约15kΩ) 滑动变阻器R1(0~10Ω,允许最大电流2.0A) 滑动变阻器R2(0~1000Ω,允许最大电流0.5A) 定值电阻R(30Ω,允许最大电流1.0A) 开关、导线若干 (2)某次测量中,电压表读数为U时,电流表读数为I,则计算待测电阻阻值的表达式Rx=________。 [答案] (1)A1 V1 R1 (2) -R [解析] (1)电源电动势E=3V,Rx的阻值约为20Ω,定值电阻R=30Ω,流过电流表的最大电流Imax= ≈0.048A,因此电流表应选A1,电压表应选V1,为了便于分压电路调节,滑动变阻器应选择R1。 (2)由分压电路关系可得Rx= -R。 7.(2012·菏泽重点中学联考)用伏安法测量金属丝的电阻(阻值在4~8Ω之间),现提供图甲所示的实验器材。 实验要求获得多组数据,且金属丝上所加的电压须从零开始。 (1)请在图甲中选择必要的器材,并进行连线(两表均选用小量程即可满足实验要求)。 (2)某次实验测量时,表盘刻度及指针如图乙所示,则该金属丝的电阻值为________。 [答案] (1)电路连线图如图所示。 (2)5.0Ω [解析] 电源必须连接在直流输出上,采用电流表外接电路,滑动变阻器分压接法。 电压为2.30V,电流为0.46A,该金属丝的电阻值为R=U/I=5.0Ω。 8.为了精确测量某待测电阻Rx的阻值(约为30Ω)。 有以下一些器材可供选择。 电流表: A1(量程0~50mA,内阻约12Ω) A2(量程0~3A,内阻约0.12Ω) 电压表: V1(量程0~3V,内阻很大) V2(量程0~15V,内阻很大) 电源: E(电动势约为3V,内阻约为0.2Ω) 定值电阻: R(30Ω,允许最大电流2.0A) 滑动变阻器: R1(0~10kΩ,允许最大电流2.0A) 滑动变阻器: R2(0~1kΩ,允许最大电流0.5A) 单刀单掷开关S一个,导线若干 (1)电流表应选________,电压表应选________,滑动变阻器应选________。 (填字母代号) (2)请在方框中画出测量电阻Rx的实验电路图。 (要求测量值的范围尽可能大一些,所用器材用对应的符号标出) (3)某次测量中,电压表示数为U时,电流表示数为I,则计算待测电阻阻值的表达式为Rx=________。 [答案] (1)A1 V1 R1 (2)如图所示 (3) -R 9.(2012·江西盟校联考)用伏安法测电阻时,由于电压表、电流表内阻的影响,不论使用电流表内接法还是电流表外接法,都会产生系统误差。 为了消除系统误差,某研究性学习小组设计了如图所示的测量电路。 (1)请完成下列操作过程: 第一步: 先将R2的滑动触头调到最左端,单刀双掷开关S2合向1,然后闭合开关S1,调节滑动变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程),读出此时电压表和电流表的示数U1、I1;第二步: 保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变,________________________________________。 (2)根据以上记录数据写出被测电阻Rx的表达式Rx=________。 (3)根据实验原理图连接好实物图。 [答案] (1)将单刀双掷开关S2合向2,读出电压表和电流表的示数U2、I2 (2) - (3)如图所示 [解析] 本题用了一种新的方法来消除系统误差,解题的关键是能否根据题目中的电路图弄清实验原理。 10.实验室有如下器材: 电流表A1(满偏电流约500μA,有刻度无刻度值,内阻rg约500Ω); 电流表A2(量程0~300μA,内阻rA2=1000Ω); 电流表A3(量程0~1mA,内阻rA3=100Ω); 定值电阻R0(阻值1kΩ); 滑动变阻器R(0~5Ω,额定电流2A); 电池(电动势2V,内阻不计); 开关、导线若干。 要求较精确地测出A1表的内阻和满偏电流。 (1)在方框内画出测量电路; (2)应读取的物理量是________; (3)用这些量表示的A1表的满偏电流Ig=__________,A1表的内阻rg=________。 [答案] (1)电路如图所示 (2)A1表满偏时A2表的读数I2、A3表的读数I3 (3)I3-I2 [解析] (1)要测量A1表的内阻,需测出通过A1表的电流和它两端的电压U1。 A1表没有刻度值,所以不能直接读出满偏电流,要通过A2、A3才能间接测得。 U1m=Igrg≈(5×10-4×500)V=0.25V,因A2、A3表的内阻是确定值,故可以把它们当做电压表.A3表的电压量程U3=Ig3·rA3=0.1V 若A3直接与A1、A2串联接在滑动变阻器的分压端,电压小于(U1m+U3)=0.35V,滑动变阻器调节不方便,所以可再串联一个定值电阻R0。 (2)见答案。 (3)当A1表满偏时,读出A2、A3表的读数I2、I3,有Ig=I3-I2。 A1表的内阻rg= = 。 11.为了测量一个量程为3V的电压表的内阻RV(约几千欧姆),可以采用图甲电路。 (1)试将图乙所给实验仪器按实验电路连成测量电路。 (2)在测量时,可供选择的实验步骤有: A.闭合开关S; B.将电阻箱R0的阻值调到最大; C.将电阻箱R0的阻值调到零; D.调节电阻箱R0的阻值使电压表的指针指示1.5V,记下此时R0的值; E.调节滑动变阻器R的滑动触头P,使电压表的指针指示3.0V; F.把变阻器R的滑动触头P滑到a端; G.把变阻器R的滑动触头P滑到b端; H.断开开关S; 把必要的合理步骤选出来,按操作顺序将字母代号填在横线上________。 (3)若在步骤D中读出R0的阻值为图丙所示位置,则电压表的电阻为________Ω。 用这种方法测出的电压表内阻与真实值相比偏________(填“大”或“小”)。 [答案] (1)如图所示 (2)GCAEDH (3)2400 大 [解析] (3)由图丙可知接入电路的R0的阻值为2×1000Ω+4×100Ω=2400Ω,由步骤D和E可推知,电压表的内阻与R0的阻值相等,即2400Ω。 本实验的原理是R0接入电路后,滑动触头P和b之间的电压变化忽略不计,实际上接入R0后,外电路电阻变大,电路电流变小,从而滑动触头P和b之间的电压变大,由步骤D可知电压表的示数减小为原来的1/2,所以此时电阻箱两端的电压应该大于1.5V,即电阻箱接入电路的阻值大于电压表的内阻,故用这种方法测出的电压表内阻与真实值相比偏大。 12.待测电阻Rx的阻值约为20Ω,现要测量其阻值,实验室提供器材如下: A.电流表A1(量程150mA,内阻约为10Ω) B.电流表A2(量程20mA,内阻r2=30Ω) C.电压表V(量程15V,内阻约为3000Ω) D.定值电阻R0=100Ω E.滑动变阻器R1,最大阻值为5Ω,额定电流为1.0A F.滑动变阻器R2,最大阻值为5Ω,额定电流为0.5A G.开关E,电动势E=4V(内阻不计) H.开关S及导线若干 (1)为了使电表调节范围较大,测量准确,测量时电表读数不得小于其量程的 ,请从所给的器材中选择合适的实验器材________(均用器材前对应的序号字母填写); (2)根据你选择的实验器材,请你在虚线框内画出测量Rx的最佳实验电路图并标明元件符号; (3)待测电阻的表达式为Rx=________,式中各符号的物理意义为_________________________________________________________________________________________________________________。 [答案] (1)A、B、D、E、G、H (2)如图所示 (3) I1、I2分别为A1和A2的示数,R0与r2分别为定值电阻和A2内阻的阻值 [解析] (1)由于电源电动势为4V,电压表V量程为15V,达不到其量程的三分之一,故电压表不能使用;可用电流表A2与定值电阻R0串联扩大其电压量程当做电压表,再与电流表A1配合使用伏安法测量待测电阻阻值,由于改装的电压表内阻已知,故电流表A1采用外接法,改装的电压表电压量程为20mA×130Ω=2.6V,滑动变阻器最大阻值为5Ω,无法起到限流作用,故滑动变阻器采用分压式接法,此时考虑到干路最小电流为 =0.8A,故滑动变阻器只能选择R1,经过估算当电流表A1满偏时,电流表A2也正好满偏,非常匹配,因此满足电表读数不得小于量程的三分之一。 故器材选择A、B、D、E、G、H。 (2)如答案图所示。 (3)待测电阻Rx= ,其中I1、I2分别为电流表A1和A2的示数,R0和r2分别为定值电阻和电流表A2的内阻。
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