2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題六 物理實(shí)驗(yàn) 第2講 電學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)案
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1、 第2講 電學(xué)實(shí)驗(yàn) 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 [規(guī)律方法] 明確三個(gè)“選擇” (1)實(shí)驗(yàn)器材的選擇 ①電源的選擇 ②電表的選擇 (2)電流表內(nèi)接法與外接法的選擇 (3)控制電路的選擇 ①?gòu)墓?jié)能的角度考慮,優(yōu)先選用限流式。 ②以下三種情況必須用分壓式: a.要求待測(cè)電路的U、I從0變化; b.R滑≤Rx; c.選用限流式,Ux、Ix過(guò)大(超過(guò)電流表量程,燒壞電表、電源或用電器等)。 基本儀器的使用及讀數(shù) 【典例】 (2017·全國(guó)卷Ⅲ,23)圖1(a)為某同學(xué)組裝完成的簡(jiǎn)易多用電表的電路圖。圖中E是電池;R1、R2、R3、R4和R5是固定電阻,R6是可變電阻;表頭的滿偏
2、電流為250 μA,內(nèi)阻為480 Ω。虛線方框內(nèi)為換擋開(kāi)關(guān),A端和B端分別與兩表筆相連。該多用電表有5個(gè)擋位,5個(gè)擋位為:直流電壓1 V擋和5 V擋,直流電流1 mA擋和2.5 mA 擋,歐姆×100 Ω擋。 圖1 (1)圖1(a)中的A端與________(填“紅”或“黑”)色表筆相連接。 (2)關(guān)于R6的使用,下列說(shuō)法正確的是________(填正確答案標(biāo)號(hào))。 A.在使用多用電表之前,調(diào)整R6使電表指針指在表盤左端電流“0”位置 B.使用歐姆擋時(shí),先將兩表筆短接,調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置 C.使用電流擋時(shí),調(diào)整R6使電表指針盡可能指在表盤右端電流最大位
3、置 (3)根據(jù)題給條件可得R1+R2=________Ω,R4=________Ω。 (4)某次測(cè)量時(shí)該多用電表指針位置如圖(b)所示。若此時(shí)B端是與“1”相連的,則多用電表讀數(shù)為_(kāi)_________;若此時(shí)B端是與“3”相連的,則讀數(shù)為_(kāi)_______;若此時(shí)B端是與“5”相連的,則讀數(shù)為_(kāi)___________。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字) 解析 (1)與歐姆表內(nèi)電源正極相連的是黑表筆。 (2)R6是可變電阻,它的作用就是歐姆表調(diào)零的作用,也就是使用歐姆擋時(shí),先將兩表筆短接,調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置。 (3)換擋開(kāi)關(guān)接2時(shí),是量程較小的電流表,所以 R1+R2
4、==160 Ω; 換擋開(kāi)關(guān)接4時(shí),是量程較小的電壓表,這時(shí)表頭與R1、R2并聯(lián)組成新表頭,新表頭的內(nèi)阻 r==120 Ω, 新表頭的量程是1 mA,所以 R4=-r= Ω-120 Ω=880 Ω (4)某次測(cè)量時(shí)該多用電表指針位置如圖(b)所示。若此時(shí)B端與“1”相連,則多用電表是量程為2.5 mA的電流表,則讀數(shù)為1.47 mA;若此時(shí)B端與“3”相連接,多用電表是歐姆×100 Ω擋,則讀數(shù)為11.0×100 Ω即1.10×103 Ω;若此時(shí)B端與“5”相連接,多用電表是量程為5 V電壓表,則讀數(shù)為2.95 V。 答案 (1)黑 (2)B (3)160 Ω 880 Ω (4)
5、1.47 mA 1.10×103 Ω 2.95 V 某同學(xué)做“描繪小燈炮的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn): (1)該同學(xué)先用多用電表粗測(cè)小燈泡的電阻,他將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)打到歐姆擋“×1”倍率擋處,測(cè)量結(jié)果如圖2甲所示,則小燈泡的燈絲電阻為R=________ Ω。 (2)他根據(jù)測(cè)量結(jié)果連接好了如圖乙所示的實(shí)物圖,請(qǐng)根據(jù)圖乙畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。 圖2 (3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到了兩組電流表和兩組電壓表的示數(shù)如圖3中的①、②、③、④所示,電流表的量程為0~0.6 A,電壓表的量程為0~3 V,所示讀數(shù)為①________、②________、③________、④________。兩組數(shù)據(jù)
6、得到的電阻分別是________和________。 圖3 解析 (1)根據(jù)多用電表讀數(shù)的規(guī)則可知,小燈泡的電阻為R=10 Ω。 (2)從實(shí)物圖中可知電壓表測(cè)量燈泡兩端的電壓,電流表采用外接法,滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法,故電路圖如圖所示。 (3)電流表的量程為0~0.6 A,所以每小格的分度值為0.02 A,故①的讀數(shù)為0.10 A,②的讀數(shù)為0.24 A;電壓表的量程為0~3 V,則每一小格表示0.1 V,所以③的讀數(shù)為2.00 V,在④中電壓表接0~3 V量程時(shí),指針在0~1 V之間,故固定刻度值是0.2 V,估讀數(shù)為0.07,則總讀數(shù)為0.27 V。根據(jù)歐姆定律可知①④為
7、同一組數(shù)據(jù),故得到的電阻為R1== Ω=2.7 Ω;②③為同一組數(shù)據(jù),故得到的電阻為R2== Ω=8.3 Ω。 答案 (1)10 (2)見(jiàn)解析圖 (3)0.10 A 0.24 A 2.00 V 0.27 V 2.7 Ω 8.3 Ω 電表的讀數(shù)方法 (1)讀數(shù)時(shí)應(yīng)使視線垂直刻度盤表面。 (2)估讀問(wèn)題:最小分度為“1”的儀器,測(cè)量誤差出現(xiàn)在最小分度值的下一位,在下一位按十分之一估讀;最小分度值為“2”“5”的儀器,測(cè)量誤差出現(xiàn)在最小分度的同一位,在同一位按二分之一、五分之一估讀。 以測(cè)電阻為核心的實(shí)驗(yàn)(含電表的改裝) 【典例1】 (2018·全國(guó)卷Ⅱ,22)某同學(xué)組裝一個(gè)多用電
8、表。可選用的器材有:微安表頭(量程100 μA,內(nèi)阻900 Ω);電阻箱R1(阻值范圍0~999.9 Ω);電阻箱R2(阻值范圍0~99 999.9 Ω);導(dǎo)線若干。 要求利用所給器材先組裝一個(gè)量程為1 mA的直流電流表,在此基礎(chǔ)上再將它改裝成量程為3 V的直流電壓表。組裝好的多用電表有電流1 mA和電壓3 V兩擋。 回答下列問(wèn)題: (1)在虛線框內(nèi)畫出電路圖并標(biāo)出R1和R2,其中*為公共接線柱,a和b分別是電流擋和電壓擋的接線柱。 圖4 (2)電阻箱的阻值應(yīng)取R1=______ Ω,R2=________ Ω。(保留到個(gè)位) 解析 (1)微安表頭改裝成電流表需要并聯(lián)一個(gè)小電阻
9、,電流表改裝成一個(gè)電壓表需要串聯(lián)一個(gè)大電阻,所以并聯(lián)的電阻箱應(yīng)為R1,串聯(lián)的電阻箱應(yīng)為R2,電路如圖所示。 (2)微安表頭改裝成電流表需要并聯(lián)一個(gè)小電阻R1==100 Ω,電流表改裝成一個(gè)電壓表應(yīng)串聯(lián)一個(gè)大電阻R2==2 910 Ω。 答案 (1)如解析圖所示 (2)100 2 910 【典例2】 (2018·全國(guó)卷Ⅲ,23)一課外實(shí)驗(yàn)小組用如圖5所示的電路測(cè)量某待測(cè)電阻Rx的阻值,圖中R0為標(biāo)準(zhǔn)定值電阻(R0=20.0 Ω);可視為理想電壓表;S1為單刀開(kāi)關(guān),S2為單刀雙擲開(kāi)關(guān);E為電源;R為滑動(dòng)變阻器。采用如下步驟完成實(shí)驗(yàn): (1)按照實(shí)驗(yàn)原理線路圖(a),將圖(b)中實(shí)物連線
10、; 圖5 (2)將滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)端置于適當(dāng)?shù)奈恢?,閉合S1; (3)將開(kāi)關(guān)S2擲于1端,改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)端的位置,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U1;然后將S2擲于2端,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U2; (4)待測(cè)電阻阻值的表達(dá)式Rx=________(用R0、U1、U2表示); (5)重復(fù)步驟(3),得到如下數(shù)據(jù): 1 2 3 4 5 U1/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44 U2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49 3.44 3.43 3.39 3.40 3.39 (6)利用上述5次測(cè)量所得的平均值,
11、求得Rx=________ Ω。(保留1位小數(shù)) 解析 開(kāi)關(guān)S2擲于1端,由歐姆定律可得通過(guò)Rx的電流I=,將開(kāi)關(guān)S2擲于2端,R0和Rx兩端電壓為U2,Rx兩端電壓為U=U2-U1,由歐姆定律可得待測(cè)電阻阻值Rx==R0=R0。5次測(cè)量所得的平均值為(3.44+3.43+3.39+3.40+3.39)=3.41,代入得Rx=(3.41-1)×20.0 Ω=48.2 Ω。 答案 (1)實(shí)物連線如圖 (4)R0 (6)48.2 連接實(shí)物圖四點(diǎn)注意 (1)各導(dǎo)線都應(yīng)接在接線柱上。 (2)不應(yīng)在導(dǎo)線中間出現(xiàn)分叉,且導(dǎo)線不能跨過(guò)儀器。 (3)連接電表應(yīng)注意量程選用正確,正、負(fù)接線柱
12、不要接錯(cuò)。 (4)開(kāi)關(guān)要控制整個(gè)電路。 1.(2018·湖南五校聯(lián)考)為了精確測(cè)量一電阻的阻值Rx,現(xiàn)有以下器材:蓄電池組E,電流表A,電壓表V,滑動(dòng)變阻器R,電阻箱RP,開(kāi)關(guān)S1、S2,導(dǎo)線若干。某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖6甲所示的電路,實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下: a.閉合S1,斷開(kāi)S2,調(diào)節(jié)R和RP,使電流表和電壓表的示數(shù)適當(dāng),記下兩表示數(shù)分別為I1、U1; b.保持S1閉合、RP阻值不變,閉合S2,記下電流表和電壓表示數(shù)分別為I2、U2。 (1)按圖甲所示的電路圖將如圖乙所示的實(shí)物連成電路。 (2)被測(cè)電阻的阻值Rx=________(用兩電表的示數(shù)表示)。 (3)由于電流表、電壓
13、表都不是理想電表,則被測(cè)電阻的阻值Rx的測(cè)量值________真實(shí)值(選填“大于”“小于”或“等于”)。 圖6 解析 (1)如圖所示。 (2)由題意易知RP=,又RP、Rx并聯(lián)的阻值為R并=,又+=,聯(lián)立解得Rx=。 (3)若考慮電流表和電壓表不是理想電表,則在分析時(shí)應(yīng)考慮電壓表的內(nèi)阻,即在第(2)問(wèn)的分析中表示的就是RP和RV并聯(lián)時(shí)的總電阻,結(jié)合后面的分析可知此時(shí)Rx的測(cè)量值仍等于真實(shí)值。 答案 (1)見(jiàn)解析圖 (2) (3)等于 2.實(shí)驗(yàn)室有一完好的PTC熱敏電阻,某同學(xué)根據(jù)其型號(hào)查閱得到該熱敏電阻在常溫下的伏安特性曲線如圖7甲所示。 圖7 (1)用多用電表歐姆
14、“×10”擋,按正確操作測(cè)量該熱敏電阻的阻值,結(jié)果指針指在圖乙中的虛線位置,為了使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確,多用電表的選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)打向歐姆“×________”擋,若調(diào)擋后指針指在圖乙中的實(shí)線位置,電阻測(cè)量結(jié)果為_(kāi)_______ Ω。 (2)若將熱敏電阻與一電動(dòng)勢(shì)E0=15 V、內(nèi)阻r=15 kΩ的直流信號(hào)源串聯(lián)成一閉合電路,則通過(guò)熱敏電阻的電流為_(kāi)_______ mA,此時(shí)熱敏電阻的阻值為_(kāi)_______ Ω。 (3)該同學(xué)欲用伏安法驗(yàn)證熱敏電阻伏安特性曲線是否與資料中的一致,實(shí)驗(yàn)室提供的器材如下: A.熱敏電阻R1 B.電壓表V(量程0~15 V,內(nèi)阻約15 kΩ) C.電流表A1(量程0~
15、30 mA,內(nèi)阻約30 Ω) D.電流表A2(量程0~5 mA,內(nèi)阻約100 Ω) E.滑動(dòng)變阻器R(0~40 Ω,額定電流2 A) F.電源E(電動(dòng)勢(shì)20 V,內(nèi)阻不計(jì)) 請(qǐng)完成丙圖中的實(shí)物電路圖。 解析 (1)由題圖乙知多用電表的歐姆擋指針指在虛線位置時(shí)偏角過(guò)小,由于指針指在表盤中央附近時(shí)測(cè)量電阻的阻值較準(zhǔn)確,應(yīng)換用歐姆“×100”擋;若指針指在題圖乙中的實(shí)線位置,電阻的測(cè)量結(jié)果為22×100 Ω=2.2 kΩ。 (2)根據(jù)U=E0-Ir=15-1.5×103I(V),作其圖線如圖所示,則兩圖線的交點(diǎn)即為熱敏電阻兩端的實(shí)際電壓和電流,由圖知,通過(guò)熱敏電阻的電流為4 mA,電壓為
16、9 V,熱敏電阻的阻值為=2 250 Ω。 (3)為描繪熱敏電阻的伏安特性曲線,要求電壓從零開(kāi)始變化,所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法;由題圖甲知,測(cè)量的最大電流為4.5 mA,所以應(yīng)選用電流表A2;由于=6.8<=22,所以電流表應(yīng)采用內(nèi)接法。實(shí)物電路圖見(jiàn)答案。 答案 (1)100 2 200 (2)4 2 250 (3)如圖所示 以測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻為核心的實(shí)驗(yàn) 【典例】 (2018·江蘇單科,10)一同學(xué)測(cè)量某干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 (1)如圖8所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路。請(qǐng)指出圖中在器材操作上存在的兩個(gè)不妥之處。 (2)實(shí)驗(yàn)
17、測(cè)得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I,以及計(jì)算的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表: R/Ω 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 I/A 0.15 0.17 0.19 0.22 0.26 /A-1 6.7 6.0 5.3 4.5 3.8 根據(jù)表中數(shù)據(jù),在方格紙上作出R-關(guān)系圖象。由圖象可計(jì)算出該干電池的電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)_______ V;內(nèi)阻為_(kāi)_______ Ω。 (3)為了得到更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果,在測(cè)出上述數(shù)據(jù)后,該同學(xué)將一只量程為100 mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端。調(diào)節(jié)電阻箱,當(dāng)電流表的示數(shù)為0.33 A時(shí),電壓表的指針位置如圖9所示,則該干電池的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為_(kāi)______
18、_ V,內(nèi)阻應(yīng)為_(kāi)_______ Ω。 解析 (1)在連接電路前,首先要斷開(kāi)開(kāi)關(guān),電路中串聯(lián)的電阻箱或滑動(dòng)變阻器阻值要調(diào)節(jié)到最大,所以操作中存在的不妥之處是:①開(kāi)關(guān)未斷開(kāi);②電阻箱阻值為零。 (2)根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù),利用描點(diǎn)法先在坐標(biāo)圖中畫出數(shù)據(jù)點(diǎn),然后用直尺過(guò)盡可能多的點(diǎn)畫出傾斜的直線,如圖所示。對(duì)題圖8,利用閉合電路歐姆定律,可得E=I(R+r),變化成R=E·-r,對(duì)照作出的R-圖象,可知R-圖象的斜率等于電池的電動(dòng)勢(shì),可得E=1.4 V,R - 圖象在縱軸的截距的絕對(duì)值等于電池的內(nèi)阻,可得r=1.2 Ω。 (3)根據(jù)電壓表的讀數(shù)規(guī)則,題圖9中電壓表讀數(shù)U=66 mV,由
19、題述知I=0.33 A,根據(jù)歐姆定律可得電流表內(nèi)阻RA==0.2 Ω。對(duì)題圖8,考慮到電流表內(nèi)阻,利用閉合電路歐姆定律,可得E=I(R+r+RA),變化成R=E·-(r+RA),對(duì)照作出的R-圖象,可知R-圖象的斜率等于電池的電動(dòng)勢(shì),可得E=1.4 V;R-圖象在縱軸的截距的絕對(duì)值等于電池的內(nèi)阻與電流表內(nèi)阻之和,可得電池的內(nèi)阻為1.0 Ω。 答案 (1)①開(kāi)關(guān)未斷開(kāi);②電阻箱阻值為零。 (2)如解析圖所示 1.4(1.36~1.44都算對(duì)) 1.2(1.0~1.4都算對(duì)) (3)1.4(1.36~1.44都算對(duì)) 1.0 某研究性學(xué)習(xí)小組想測(cè)量某電源的電動(dòng)勢(shì)E及內(nèi)阻r,實(shí)驗(yàn)室提供的
20、器材有: A.待測(cè)電源E,電動(dòng)勢(shì)約為9 V,內(nèi)阻約為2 Ω,允許通過(guò)的最大電流為2.5 A B.量程為3 V、內(nèi)阻為3 kΩ的電壓表 C.定值電阻R1=3.0 kΩ D.定值電阻R2=6.0 kΩ E.定值電阻R3=9.0 kΩ F.一電阻箱R,阻值范圍為0~9 999.9 Ω G.一只開(kāi)關(guān)S、若干導(dǎo)線 (1)在虛線框內(nèi)畫出測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理電路圖,圖中標(biāo)明相關(guān)器材的字母符號(hào)。 (2)某同學(xué)根據(jù)記錄的電壓表和電阻箱的多組數(shù)據(jù),以為縱軸,以為橫軸作出了-圖象,并得到該圖象的斜率為k,縱軸截距為b,則該電源電動(dòng)勢(shì)E=________,內(nèi)阻r=________(
21、用k、b表示)。 (3)因?yàn)殡妷罕淼姆至髯饔?,則電源電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值________(選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值,電源內(nèi)阻的測(cè)量值________(選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值。 解析 (1)因?yàn)樘峁┑钠鞑闹袥](méi)有電流表,故要采用電壓表和電阻箱測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,但所給電壓表量程太小,所以將電壓表與定值電阻R2串聯(lián),擴(kuò)大成量程為9 V的電壓表。 (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得E=3U+r,變形得=+·,所以以為縱軸,為橫軸作出的-圖象的縱截距為b=,斜率k=,解得E=,r=。 (3)因?yàn)殡妷罕淼姆至髯饔?,所以有E=3U+(+)r,整理得=++·,對(duì)比=+·,可知測(cè)
22、量得到的電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均偏小。 答案 (1)如圖所示 (2) (3)小于 小于 用好一個(gè)“電阻” 在高考電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中,常以定值電阻的合理使用為背景來(lái)命題。求解這類問(wèn)題的關(guān)鍵是必須弄清定值電阻在設(shè)計(jì)電路中的主要作用,一般來(lái)說(shuō),定值電阻有三種作用: 電學(xué)創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn) 通過(guò)對(duì)近幾年的高考實(shí)驗(yàn)試題的研究發(fā)現(xiàn),高考電學(xué)創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)試題有兩個(gè)顯著的特點(diǎn): 第一,基于教材中的電學(xué)實(shí)驗(yàn),著重考查實(shí)驗(yàn)原理的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)步驟過(guò)程的設(shè)置、誤差分析。 第二,重視電學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法,問(wèn)題設(shè)置結(jié)合科技、生產(chǎn)、生活的實(shí)際;因此,理解實(shí)驗(yàn)原理,掌握實(shí)驗(yàn)方法,是解決電學(xué)創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。 【
23、典例】 (2018·全國(guó)卷Ⅰ,23)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖10所示的電路探究在25 ℃~80 ℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有:置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT,其標(biāo)稱值(25 ℃時(shí)的阻值)為900.0 Ω;電源E(6 V,內(nèi)阻可忽略);電壓表(量程150 mV);定值電阻R0(阻值20.0 Ω),滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω);電阻箱R2(阻值范圍0~999.9 Ω);單刀開(kāi)關(guān)S1,單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2。 實(shí)驗(yàn)時(shí),先按圖10連接好電路,再將溫控室的溫度t升至80.0 ℃。將S2與1端接通,閉合S1,調(diào)節(jié)R1的滑片位置,使電壓表讀數(shù)為某一值U0;保持R1的滑片位置不變,
24、將R2置于最大值,將S2與2端接通,調(diào)節(jié)R2,使電壓表讀數(shù)仍為U0;斷開(kāi)S1,記下此時(shí)R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t,得到相應(yīng)溫度下R2的阻值,直至溫度降到25.0 ℃。實(shí)驗(yàn)得到的R2-t數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。 t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列問(wèn)題: (1)在閉合S1前,圖10中R1的滑片應(yīng)移動(dòng)到________(填“a”或“b ”)端; (2)在圖11的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn),并做出R2-t曲線;
25、 (3)由圖11可得到RT在25 ℃~80 ℃范圍內(nèi)的溫度特性。當(dāng)t=44.0 ℃時(shí),可得RT=________ Ω; (4)將RT握于手心,手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖12所示,該讀數(shù)為_(kāi)_______ Ω,則手心溫度為_(kāi)_______ ℃。 解析 (1)題圖10的電路滑動(dòng)變阻器采用限流接法,在閉合S1前,R1應(yīng)該調(diào)節(jié)到接入電路部分的阻值最大,使電路中電流最小,即題圖10中R1的滑片應(yīng)移到b端。 (2)將t=60 ℃和t=70 ℃對(duì)應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)畫在坐標(biāo)圖上,然后用平滑曲線過(guò)盡可能多的數(shù)據(jù)點(diǎn)畫出R2-t曲線。 (3)根據(jù)題述實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知,測(cè)量的R2的數(shù)據(jù)等于對(duì)應(yīng)的熱敏電阻RT的阻值。由
26、畫出的R2-t曲線可知,當(dāng)t=44.0 ℃ 時(shí),對(duì)應(yīng)的RT=450 Ω。 (4)由圖12知R2=620.0 Ω,由畫出的R2-t曲線可知,當(dāng)R2=620.0 Ω時(shí),手心溫度t=33.0 ℃。 答案 (1)b (2)如圖 (3)450 (4)620.0 33.0 (2018·廣州凱里市模擬)如圖13中矩形框內(nèi)存在一沿水平方向且與金屬棒垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),金屬棒放在電子秤上?,F(xiàn)通過(guò)測(cè)量通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力,來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小并判定其方向。 圖13 (1)在圖中畫線連接完成實(shí)驗(yàn)電路圖,要求接通電源后電流由a流向b。 (2)完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟中的填空: ①按圖接
27、線; ②保持開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),讀出電子秤示數(shù)m0; ③閉合開(kāi)關(guān)S,調(diào)節(jié)R的阻值使電流大小適當(dāng),此時(shí)電子秤仍有讀數(shù),然后讀出并記錄________________、________________(填物理量名稱及符號(hào)); ④用米尺測(cè)量__________________________________(填物理量名稱及符號(hào))。 (3)用測(cè)量的物理量和重力加速度g表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,可以得到B=________________。 (4)判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的方法是:若________,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直金屬棒向外;反之,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直金屬棒向里。 解析 (1)如圖所示 (2)③記錄電
28、流表的示數(shù)I以及此時(shí)電子秤的示數(shù)m1。④金屬棒的長(zhǎng)度l。
(3)測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度原理:開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),電子秤稱出金屬棒質(zhì)量;接通電源后,若磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于金屬棒向里,所受安培力向下,則有m0g+BIl=m1g,所以B=g;接通電源后,若磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于金屬棒向外,則安培力向上,則有m0g-BIl=m1g,得到B=g;所以磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=g。
(4)m1 29、
第1步―→明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
第2步―→通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)器材的結(jié)合,選擇合適的實(shí)驗(yàn)原理
第3步―→畫出可能實(shí)驗(yàn)原理圖,結(jié)合題設(shè)條件確定最優(yōu)的電路原理圖
【例】 (2018·湖北武漢模擬)現(xiàn)要測(cè)量電壓表的內(nèi)阻和電源的電動(dòng)勢(shì),提供的器材有:電源(電動(dòng)勢(shì)約為6 V,內(nèi)阻不計(jì)),電壓表V1(量程0~2.5 V,內(nèi)阻約為2.5 kΩ),電壓表V2(量程0~3 V,內(nèi)阻約為10 kΩ),電阻箱R0(最大阻值為9 999.9 Ω),滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為3 kΩ),滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為500 Ω),單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干。
(1)在圖14 a中完成實(shí)驗(yàn)電路原理圖的連線;
(2)電路中 30、應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器________(選填“R1”或“R2”);
(3)按照下列步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn):
①閉合開(kāi)關(guān)前,將滑動(dòng)變阻器和電阻箱連入電路的阻值調(diào)至最大;
②閉合開(kāi)關(guān),將電阻箱調(diào)到6 kΩ,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器至適當(dāng)?shù)奈恢茫藭r(shí)電壓表V1的示數(shù)為1.60 V,電壓表V2的示數(shù)為2.40 V;
③保持滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值不變,再將電阻箱調(diào)到2 kΩ,此時(shí)電壓表V1的示數(shù)如圖b所示,其示數(shù)為_(kāi)_______ V,電壓表V2的示數(shù)為1.40 V。
(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算得到電源的電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)_______ V,電壓表V1的內(nèi)阻為_(kāi)_______ kΩ,電壓表V2的內(nèi)阻為_(kāi)_______ kΩ。
31、
圖14
[設(shè)計(jì)思路]
第1步:明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
―→可知本題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)電壓表的內(nèi)阻和電源的電動(dòng)勢(shì)
第2步:選擇合適的實(shí)驗(yàn)原理
―→根據(jù)題目的實(shí)驗(yàn)儀器可知本題可用電壓表和電阻箱測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)
第3步:畫原理圖
解析 (1)由于兩個(gè)電壓表的量程都小于電源的電動(dòng)勢(shì),兩個(gè)電壓表串聯(lián)后的總電壓仍然小于電源的電動(dòng)勢(shì),故應(yīng)該用滑動(dòng)變阻器作為保護(hù)電阻。如果只是測(cè)量電動(dòng)勢(shì),可以采用如圖甲所示的電路,但是要想計(jì)算電壓表V1、電壓表V2各自的內(nèi)阻,需要將電路改進(jìn),設(shè)計(jì)的電路有圖乙、圖丙所示的兩種;而通過(guò)電壓表V1的最大電流約為1 mA,通過(guò)電壓表V2的最大電流約為0.3 mA,故設(shè)計(jì)的電路應(yīng) 32、該選擇圖乙。
(2)根據(jù)(1)中電路圖的連接,因?yàn)殡妷罕淼膬?nèi)阻較大,故滑動(dòng)變阻器的最大阻值應(yīng)該大于電壓表V1的內(nèi)阻,故滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選擇R1。
(3)題圖b所示的電壓表的最小刻度為0.1 V,故估讀到0.01 V,其讀數(shù)為2.10 V。
(4)對(duì)圖乙,設(shè)電壓表V1和電壓表V2的內(nèi)阻分別為r1、r2,示數(shù)分別為U1、U2,滑動(dòng)變阻器的電阻調(diào)到r,由閉合電路的歐姆定律,得E=U1+U2+(+)r,E=U1′+U2′+(+)r,其中R01=6 kΩ,R02=2 kΩ,對(duì)電壓表V1和電壓表V2所在的電路,由串并聯(lián)規(guī)律得=+,=+,代入數(shù)據(jù),聯(lián)立解得E=5.60 V,r1=2.5 kΩ,r2= 33、10 kΩ.
答案 (1)見(jiàn)解析圖乙所示 (2)R1 (3)2.10 (4)5.60 2.5 10
課時(shí)跟蹤訓(xùn)練
1.某電動(dòng)機(jī)的三組線圈①、②、③阻值相同,均為幾歐姆,接法可能是圖1中甲、乙兩種之一,A、B和C是外接頭?,F(xiàn)有一組線圈斷路,維修人員通過(guò)多用電表測(cè)量外接頭之間的電阻來(lái)判斷故障,若測(cè)A和B之間、B和C之間、A和C之間的電阻時(shí),多用電表指針偏轉(zhuǎn)分別如圖2 a、b、c所示,則測(cè)量中使用的電阻擋的倍率是________(填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”),三組線圈的接法是________(填“甲”或“乙”),斷路線圈是________(填“①”“②”或“③”)。
34、解析 測(cè)A和B之間、B和C之間、A和C之間的電阻時(shí),多用電表指針都有偏轉(zhuǎn),由此可知三組線圈的接法一定不是甲電路,而是乙電路。因?yàn)樵诩纂娐分?,只要有一個(gè)電阻斷路,三次測(cè)量時(shí),多用電表指針只可能有一次偏轉(zhuǎn)。由圖乙可知,A和B之間、B和C之間的電阻都是4 Ω,而A和C之間的電阻是8 Ω,顯然是線圈③發(fā)生了斷路。題中已經(jīng)告訴線圈的電阻是幾歐姆,結(jié)合多用電表的示數(shù)可以判斷使用的擋位為“×1”。
答案 ×1 乙 ③
2.一同學(xué)在學(xué)習(xí)金屬的電阻率知識(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)不同的材料電阻率一般不同。有些不法商人在一些導(dǎo)線中摻入雜質(zhì),導(dǎo)致導(dǎo)線的質(zhì)量不達(dá)標(biāo),該同學(xué)想通過(guò)測(cè)量導(dǎo)線的電阻率來(lái)進(jìn)一步確定導(dǎo)線是否合格,于是設(shè)計(jì)了如圖 35、3 a所示的實(shí)驗(yàn)電路。
圖3
(1)該同學(xué)剝掉導(dǎo)線的絕緣外層,用剪刀剪下一段,為了粗略測(cè)量該金屬絲的電阻,該同學(xué)用如圖b所示的多用電表在連接好的電路上進(jìn)行測(cè)量 。
①機(jī)械調(diào)零后將選擇開(kāi)關(guān)撥到“×1 Ω”擋。
②將紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕,使____________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
③______________________________ 36、__,將紅表筆接P,黑表筆接Q,多用電表指針如圖c所示,則金屬絲總電阻約為_(kāi)_______ Ω。
(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲直徑,測(cè)得該金屬絲直徑d=0.360 mm。
(3)閉合開(kāi)關(guān)S,保持電流表示數(shù)不變,改變并記錄電阻箱的阻值R和對(duì)應(yīng)接入電路中金屬絲長(zhǎng)度L的數(shù)據(jù),作出R-L圖線如圖d所示。
(4)根據(jù)測(cè)得的金屬絲直徑d及R-L圖線,求得金屬絲的電阻率ρ=________。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)
解析 (1)②歐姆調(diào)零時(shí),將紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕,使指針指在歐姆表盤零刻度處(或使指針指在電流滿偏的位置)。③測(cè)量時(shí),需將多用電表接在金屬絲兩端,且電路處于斷路狀態(tài),所以應(yīng)斷開(kāi) 37、開(kāi)關(guān)S,取下線夾(或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,將線夾夾到Q端)。
(4)根據(jù)R=-ρ+b,可知R-L圖線斜率的絕對(duì)值為=10 Ω·m-1,S=πd2,代入數(shù)據(jù)可得ρ=1.02×10-6 Ω·m。
答案 (1)②指針指在歐姆表盤零刻度處(或指針指在電流滿偏的位置)?、蹟嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)S,取下線夾(或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,將線夾夾到Q端) 5 (4)1.02×10-6 Ω·m
3.(1)某同學(xué)用多用電表測(cè)量某一電阻,以下是該同學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的主要操作步驟。
a.將“選擇開(kāi)關(guān)”置于如圖4甲所示的位置;
b.將紅黑表筆短接,轉(zhuǎn)動(dòng)歐姆調(diào)零旋鈕,進(jìn)行歐姆調(diào)零;
c.如圖乙所示把兩表筆接觸待測(cè)電阻的兩端進(jìn)行測(cè)量,表盤指針如圖丙所 38、示;
d.記下讀數(shù),實(shí)驗(yàn)完畢。
圖4
請(qǐng)指出該同學(xué)操作中不合理或遺漏的地方并改正。
____________________________________________________________________;
____________________________________________________________________;
____________________________________________________________________。
(2)該同學(xué)想采用“伏安法”更精確地測(cè)量該電阻的阻值,選用了如圖5所示的實(shí)驗(yàn)器 39、材。其中電壓表量程3 V、內(nèi)阻約為3 kΩ,電流表量程15 mA、內(nèi)阻約為4 Ω,滑動(dòng)變阻器總阻值為20 Ω,電源電動(dòng)勢(shì)為3 V。圖5中已經(jīng)完成部分導(dǎo)線的連接,請(qǐng)你在實(shí)物接線圖中完成剩余導(dǎo)線的連接。
圖5
解析 (1)根據(jù)歐姆表的使用方法可知,歐姆表指針偏角過(guò)大,說(shuō)明待測(cè)電阻阻值過(guò)小,應(yīng)選擇較小的倍率,所以甲圖中選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)置于×10擋,且需要重新歐姆調(diào)零;乙圖中,不能將兩只手同時(shí)接觸表筆,否則測(cè)量的是待測(cè)電阻與人體電阻的并聯(lián)電阻;讀數(shù)完后應(yīng)將選擇開(kāi)關(guān)置于“OFF”擋或交流電壓最高擋。
(2)從丙圖可讀出待測(cè)電阻R=0.7×100 Ω=70 Ω,若變阻器采用限流式接法,電路中的最大電阻 40、應(yīng)為Rmax== Ω=600 Ω,由于變阻器的總電阻過(guò)小,所以變阻器應(yīng)采用分壓式接法;由于待測(cè)電阻滿足<,所以電流表應(yīng)用內(nèi)接法,實(shí)物連接圖如圖所示。
答案 (1)甲圖中選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)置于×10擋,且重新歐姆調(diào)零 乙圖中手不能接觸表筆 讀數(shù)后應(yīng)將開(kāi)關(guān)置于OFF擋或交流500 V擋,才能實(shí)驗(yàn)完畢 (2)接線圖見(jiàn)解析圖
4.電動(dòng)自行車具有環(huán)保、節(jié)能、便捷等優(yōu)點(diǎn),但電動(dòng)自行車的電池用久以后性能會(huì)下降,表現(xiàn)之一為電池的電動(dòng)勢(shì)變小,內(nèi)阻變大。某興趣小組將一輛舊電動(dòng)自行車充滿電,取下四塊電池,分別標(biāo)為A、B、C、D,測(cè)量它們的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。
圖6
(1)用多用電表直流電壓“50 V”擋測(cè)量每塊電 41、池的電動(dòng)勢(shì)。測(cè)量電池A時(shí),多用電表的指針如圖6甲所示,其讀數(shù)為_(kāi)_______ V。
(2)用圖乙所示的電路測(cè)量A、B、C、D四塊電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r,圖中R0為保護(hù)電阻,其阻值為5 Ω。改變電阻箱的阻值R,測(cè)出對(duì)應(yīng)的電流I,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分別作出A、B、C、D四塊電池的-R圖線,如圖丙所示。由圖線C可知電池C的電動(dòng)勢(shì)E=________ V,內(nèi)阻r=________ Ω。
(3)分析圖丙可知,電池________(選填“A”“B”“C”或“D”)性能最優(yōu)。
解析 (1)中間刻度線為直流電壓擋,量程50 V,而刻度共計(jì)50格,每格為1 V,要估讀到0.1 V,指針指到第11格,因此讀數(shù)為 42、11.0 V。
(2)根據(jù)串聯(lián)電路可得I=,即=R+(R0+r),則-R圖線的斜率為=,E=12 V,由圖線C可以看出,當(dāng)電阻箱連入電路中的電阻為0時(shí)電流表的示數(shù)為2 A,圖線C的延長(zhǎng)線與橫軸交點(diǎn)為R0+r=6 Ω,故電源電動(dòng)勢(shì)為11.43 V,內(nèi)阻為1 Ω。
(3)-R圖線的延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)離原點(diǎn)越遠(yuǎn)表示電池的內(nèi)阻越大,圖線C的延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)最近,所以電池C性能最優(yōu)。
答案 (1)11.0 (2)11.43 1 (3)C
5.某實(shí)驗(yàn)小組選用實(shí)驗(yàn)室已有的儀器,測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,實(shí)物圖如圖7甲所示。
圖7
(1)請(qǐng)用筆畫線補(bǔ)全圖甲中實(shí)物圖,并確保開(kāi)關(guān)能 43、有效控制電路。
(2)某次操作時(shí),電流表示數(shù)如圖乙所示,請(qǐng)讀出電流表的讀數(shù)I=________。
(3)該小組經(jīng)過(guò)一系列正確操作后得到多組數(shù)據(jù),并在圖丙中描好了點(diǎn),請(qǐng)根據(jù)這些點(diǎn)作出U-I圖象,并根據(jù)圖象求出干電池的內(nèi)阻r=________。
(4)該實(shí)驗(yàn)小組還對(duì)同一規(guī)格的新的1號(hào)干電池和7號(hào)干電池分別進(jìn)行了該實(shí)驗(yàn),在同一圖表中作出了它們的U-I圖象,如圖丁所示,你覺(jué)得可能是圖象________(選填“a”或“b”)。
解析 (1)在本實(shí)驗(yàn)中,滑動(dòng)變阻器采用限流式接法,為確保開(kāi)關(guān)能有效控制電路,電壓表的“+”接線柱應(yīng)連開(kāi)關(guān)的右接線柱。
(2)根據(jù)讀數(shù)規(guī)則,可知電流表讀數(shù)I=0.14 A 44、。
(3)根據(jù)題圖丙可知,有一個(gè)數(shù)據(jù)屬于明顯錯(cuò)誤,作U-I圖象時(shí)不必考慮,圖象中直線斜率的絕對(duì)值等于電源內(nèi)阻大小,計(jì)算得r=0.56 Ω。
(4)同一規(guī)格的新的1號(hào)干電池和7號(hào)干電池電動(dòng)勢(shì)大小相等,內(nèi)阻不等,故圖象a正確。
答案 (1)如圖甲所示 (2)0.14 A (3)如圖乙所示 0.56 Ω (4)a
6.太陽(yáng)能電池板在有光照時(shí),可以將光能轉(zhuǎn)化為電能,在沒(méi)有光照時(shí),可以視為一個(gè)電學(xué)器件。某實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法,探究一個(gè)太陽(yáng)能電池板在沒(méi)有光照時(shí)(沒(méi)有儲(chǔ)存電能)的I-U特性。所有的器材包括:太陽(yáng)能電池板,電源E,電流表A,電壓表V,滑動(dòng)變阻器R,開(kāi)關(guān)S及 45、導(dǎo)線若干。
圖8
(1)為了達(dá)到上述目的,實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)選用圖8中的圖________(填“a”或“b”)。
(2)該實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),描點(diǎn)繪出了如圖9的I-U圖象。由圖可知,當(dāng)電壓小于2.00 V時(shí),太陽(yáng)能電池板的電阻________(填“很大”或“很小”);當(dāng)電壓為2.80 V時(shí),太陽(yáng)能電池板的電阻為_(kāi)_______。
圖9
(3)當(dāng)有光照射時(shí),太陽(yáng)能電池板作為電源,其路端電壓與總電流的關(guān)系如圖10所示,分析該曲線可知,該電池板作為電源時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)_______ V。若把它與阻值為1 kΩ的電阻連接構(gòu)成一個(gè)閉合電路,在有光照射情況下,該電池板的效率是_______ 46、_%(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。
圖10
解析 (1)用a圖可以在電池板上得到從零開(kāi)始的電壓,故應(yīng)選a圖。
(2)由圖可知,當(dāng)電壓小于2.00 V時(shí),通過(guò)太陽(yáng)能電池板的電流為零,故太陽(yáng)能電池板的電阻很大;當(dāng)電壓為2.80 V 時(shí),電流為2.8 mA,則可知太陽(yáng)能電池板的電阻為R===103 Ω。
(3)由U-I圖線可知,電池板作為電源時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為2.80 V;若把它與阻值為1 kΩ的電阻連接構(gòu)成一個(gè)閉合電路,則畫出此電阻的U-I圖線與電池板的U-I圖線交于一點(diǎn),讀出U=1.8 V,I=1.8 mA,該電池板的效率是η==×100%=64.3%。
答案 (1)a (2)很大 1.0×103 Ω (3)2.80 64.3
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