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課時(shí)作業(yè) 13　電學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新 1．[2018陜西寶雞一模]在“測定金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，為了安全、準(zhǔn)確、方便地測出電阻絲的電阻Rx，設(shè)計(jì)了如圖所示實(shí)驗(yàn)電路圖來完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)器材如下： A．待測金屬絲(Rx約5 Ω) B．電壓表V(量程為0～1 V，內(nèi)阻RV＝1 kΩ) C．電流表A(量程為0～0.6 A，內(nèi)阻RA＝1 Ω) D．定值電阻R1(阻值R1＝0.5 kΩ) E．定值電阻R2(阻值R2＝2 kΩ) F．滑動(dòng)變阻器R3(0～10 Ω) G．滑動(dòng)變阻器R4(0～1 000 Ω)． H．電源(電動(dòng)勢為3 V，內(nèi)阻很小) I．開關(guān)、導(dǎo)線若干 (1)實(shí)驗(yàn)中定值電阻應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(選填器材前面字母)； (2)用圖中電路測量該金屬絲的電阻，若某次測量中，電壓表的讀數(shù)為U，電流表的讀數(shù)為I，該金屬絲電阻的表達(dá)式為：Rx＝________(用測出或已知的物理量的符號表示)． 解析：(1)電源的電動(dòng)勢為3 V，而電壓表V的量程為0～1 V，內(nèi)阻RV＝1 kΩ，必須通過串聯(lián)電阻來擴(kuò)大量程，因此定值電阻應(yīng)選用R2(阻值R2＝2 kΩ)，從而達(dá)到0～3 V量程，待測金屬絲阻值Rx約5 Ω，且滑動(dòng)變阻器是限流式接法，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R3(0～10 Ω)． (2)電壓表的讀數(shù)為U，那么金屬絲與電流表兩端的總電壓為3U，由于電流表的讀數(shù)為I，則金屬絲電阻Rx＝－RA. 答案：(1)E　F　(2)－RA 2．某同學(xué)用伏安法測量待測電阻的阻值．現(xiàn)有器材為： 待測電阻R(阻值約為5 Ω) 電源(電動(dòng)勢3 V) 滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～10 Ω) 電流表(量程0.6 A,3 A) 電壓表(量程3 V,15 V) 開關(guān)，導(dǎo)線若干． 實(shí)驗(yàn)要求在測量電路中將電流表外接，滑動(dòng)變阻器起限流作用．回答下列問題： (1)按照實(shí)驗(yàn)要求在圖(a)中畫出實(shí)物連線圖． (2)若已按實(shí)驗(yàn)要求接線，閉合開關(guān)后移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表的示數(shù)始終約為3 V，電流表的示數(shù)始終接近0.寫出產(chǎn)生這種現(xiàn)象的一個(gè)原因：________________________________________________________________________. (3)在連線正確后，閉合開關(guān)．電壓表和電流表的示數(shù)分別如圖(b)和圖(c)所示．由圖可知，電壓表讀數(shù)為________ V，電流表讀數(shù)為________ A．由此可得待測電阻的阻值為________ Ω(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)． 解析：(1)因?yàn)殡娫措妱?dòng)勢為3 V，則電壓表的量程選用3 V，根據(jù)歐姆定律知，電流的最大值大約0.6 A，則電流表量程選擇0.6 A，根據(jù)實(shí)物圖進(jìn)行連線． (2)閉合開關(guān)后移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表的示數(shù)始終約為3 V，電流表的示數(shù)始終接近0，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是待測電阻R斷路，由于電壓表內(nèi)阻非常大，導(dǎo)致電流表電流接近0，電壓表電壓測得是電源電壓． (3)由圖可知，電壓表的讀數(shù)為2.20 V，電流表的讀數(shù)為0.48 A，根據(jù)歐姆定律得，待測電阻R＝＝ Ω≈4.58 Ω. 答案：(1)如圖所示　(2)待測電阻R斷路 (3)2.20　0.48　4.58 3．[2018湖南重點(diǎn)中學(xué)模擬]用下列器材組裝成一個(gè)電路，使其既能測量出電池組的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r，又能描繪小燈泡的伏安特性曲線． A．電壓表V1(量程6 V，內(nèi)阻很大) B．電壓表V2(量程4 V，內(nèi)阻很大) C．電流表(量程3 A，內(nèi)阻很小) D．滑動(dòng)變阻器R(最大阻值10 Ω，額定電流4 A) E．小燈泡L(2 A,7 W) F．電池組(電動(dòng)勢E，內(nèi)阻r) G．開關(guān)一只，導(dǎo)線若干 實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測量后發(fā)現(xiàn)：若電壓表V1的示數(shù)增大，則電壓表V2的示數(shù)減?。? (1)請將設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖在圖甲中補(bǔ)充完整． (2)每一次操作后，同時(shí)記錄電流表、電壓表V1和電壓表V2的示數(shù)，組成兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(I，U1)、(I，U2)，標(biāo)到U－I坐標(biāo)中，經(jīng)過多次測量，最后描繪出兩條圖線，如圖乙所示，則電池組的電動(dòng)勢E＝________ V，內(nèi)阻r＝________ Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． (3)在U－I圖象中兩條圖線在P點(diǎn)相交，此時(shí)滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值應(yīng)為________ Ω，電池組的效率為________(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 解析：(1)電路圖如右圖所示． (2)由縱軸的截距可以求出電源的電動(dòng)勢E＝5.5 V，U－I圖線的斜率的絕對值表示內(nèi)阻的大小，可以求出r＝||＝||Ω＝1.0 Ω. (3)交點(diǎn)處兩個(gè)電壓表的示數(shù)相同，故滑動(dòng)變阻器的電阻為0，由題圖乙可知，交點(diǎn)處對應(yīng)的電源的輸出功率為P1＝IU＝23.5 W＝7 W，電源的總功率P＝IE＝25.5 W＝11 W，電池組的效率η＝100%＝100%＝64%. 答案：(1)電路圖如解析圖所示　(2)5.5　1.0 (3)0　64% 4．[2018湖北武漢模擬]現(xiàn)要測量電壓表的內(nèi)阻和電源的電動(dòng)勢，提供的器材有：電源(電動(dòng)勢約為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)，單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干． (1)在圖(a)中完成實(shí)驗(yàn)電路原理圖的連線； (2)電路中應(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________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)勢為______ V，電壓表V1的內(nèi)阻為________ kΩ，電壓表V2的內(nèi)阻為________ kΩ. 解析：(1)由于兩個(gè)電壓表的量程都小于電源的電動(dòng)勢，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，故應(yīng)該用滑動(dòng)變阻器作為保護(hù)電阻．如果只是測量電動(dòng)勢，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；而通過電壓表V1的最大電流約為1 mA，通過電壓表V2的最大電流約為0.3 mA，故設(shè)計(jì)的電路應(yīng)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＝U′1＋U′2＋(＋)r，其中R01＝6 kΩ，R02＝2 kΩ，對電壓表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＝10 kΩ. 答案：(1)如圖乙所示　(2)R1　(3)2.10　(4)5.60　2.5　10 5．要測量靈敏電流表G1的內(nèi)阻Rg1，實(shí)驗(yàn)室可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材如下： ①待測電流表G1(0～5 mA，內(nèi)阻約為300 Ω)； ②電流表G2(0～10 mA，內(nèi)阻約為100 Ω)； ③定值電阻R1(阻值為300 Ω)； ④定值電阻R2(阻值為10 Ω)； ⑤滑動(dòng)變阻器R3(阻值為0～1 000 Ω)； ⑥滑動(dòng)變阻器R4(阻值為0～20 Ω)； ⑦干電池(E＝3 V，內(nèi)阻不計(jì))； ⑧開關(guān)S及導(dǎo)線若干． (1)實(shí)驗(yàn)中要求電流能從零開始調(diào)節(jié)，定值電阻和滑動(dòng)變阻器應(yīng)分別選擇________(填寫器材前的序號)．請?jiān)谔摼€框中畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖． (2)按電路圖連接實(shí)物后，進(jìn)行多次測量，記錄電流表G1、G2的讀數(shù)I1、I2，以I2為縱坐標(biāo)，I1為橫坐標(biāo)，作出相應(yīng)圖線如圖甲所示．寫出待測電流表的內(nèi)阻的表達(dá)式Rg1＝________(用I2—I1圖線的斜率k及定值電阻的符號表示)． (3)若實(shí)驗(yàn)中測得Rg1＝320 Ω，利用圖乙所示電路可將電流表G1改裝成量程為0～15 mA和0～50 mA的雙量程電流表，由題給條件和數(shù)據(jù)，計(jì)算并聯(lián)電阻的阻值RA＝________Ω，RB＝________Ω. 解析：(1)由于待測電流表G1量程小于電流表G2的量程，根據(jù)歐姆定律可知應(yīng)將與待測電流表內(nèi)阻接近的定值電阻R1與其并聯(lián)，所以定值電阻應(yīng)選③；由于滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法時(shí)，滑動(dòng)變阻器的最大阻值越小調(diào)節(jié)越方便，所以應(yīng)選擇最大阻值較小的⑥.(2)根據(jù)歐姆定律應(yīng)有I2＝I1＋I(xiàn)R1＝I1＋＝I1＝kI1，即斜率k＝，解得Rg1＝(k－1)R1；(3)量程為0～15 mA時(shí)有：15 mA＝I1＋I(xiàn)AB＝I1＋＝I1(1＋)，代入數(shù)據(jù)整理可得RA＋RB＝160 Ω；量程為0～50 mA時(shí)有：50 mA＝I1＋I(xiàn)A＝I1＋＝I1(1＋)，代入數(shù)據(jù)整理可得9RA＝320 Ω＋RB，聯(lián)立解得RA＝48 Ω，RB＝112 Ω. 答案：(1)③、⑥　電路圖如圖所示　(2)(k－1)R1　(3)48　112