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2019年高考物理大二輪復習 專題訓練七 第2課時 電學實驗與創(chuàng)新 考向1　電表讀數(shù)、多用電表的使用 例1　在練習使用多用電表時： (1)下列關于用多用電表歐姆擋測電阻的說法中正確的是(　　) A．測量電阻時，如果紅、黑表筆分別插在負、正插孔，則不會影響測量結果 B．雙手捏住兩表筆金屬桿，測量值將偏大 C．測量電路中的電阻時，應該把該電阻與電路斷開 D．歐姆表使用一段時間后，電池電動勢變小，內阻變大，但仍能調零，其測量結果與原來相比不變 (2)用多用電表探測二極管的極性，用歐姆擋測量，黑表筆接a端，紅表筆接b端時，指針向右偏轉角較大，然后黑、紅表筆反接指針偏轉角較小，說明________(填“a”或“b”)端是二極管正極． (3)某同學想通過多用電表A中的歐姆檔，直接去測量相同規(guī)格的多用電表B中量程為2.5 V的電壓檔的內阻，如圖1甲連線，選擇倍率為1k歐姆擋，測量前應對多用電表A進行______________，按正確的操作步驟測量，兩表指針位置相同，如圖乙所示，從A表讀出B表內阻約為________________kΩ，從B表讀出電壓約為________ V. 圖1 計算出多用電表A的電源電動勢約為________ V(已知表盤正中電阻刻度值為15，計算結果保留兩位有效數(shù)字)． 解析　(2)當用多用電表的紅表筆接觸二極管a端、黑表筆接觸二極管b端時，b端電勢高、a端電勢低，此時發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉量非常小，說明此時電阻很大，說明此時二極管反向偏壓，則a端是二極管的正極． (3)選擋后要先進行歐姆調零，歐姆表讀數(shù)＝表盤讀數(shù)倍率＝131 kΩ＝13 kΩ；電壓表讀數(shù)為1.32 V；歐姆表內電阻等于中值電阻，為r＝15 kΩ；根據(jù)閉合電路歐姆定律，有：E＝Ir＋U≈2.8 V. 答案　(1)AC　(2)a　(3)歐姆調零　13　1.32　2.8 以題說法　1.歐姆表的原理 (1)歐姆表內有電源，紅表筆與內部電源負極相連，黑表筆與內部電源的正極相連，故其電流方向為“紅表筆流進，黑表筆流出”． (2)測電阻的原理是閉合電路歐姆定律．當紅、黑表筆短接時，調節(jié)滑動變阻器R0(即歐姆調零)，使靈敏電流計滿偏，Ig＝，此時中值電阻R中＝Rg＋R0＋r，當兩表筆接入電阻Rx時I＝，電阻Rx與電路中的電流相對應，但不是線性關系，故歐姆表刻度不均勻． 2．歐姆表使用六注意 (1)選擋接著調零；(2)換擋重新調零；(3)待測電阻與電路、電源要斷開；(4)盡量使指針指在表盤中間位置附近；(5)讀數(shù)之后要乘以倍率得阻值；(6)用完后，選擇開關要置于“OFF”擋或交流電壓的最高擋． (xx重慶6(1))某照明電路出現(xiàn)故障，其電路如圖2所示，該電路用標稱值12 V的蓄電池為電源，導線及其接觸完好． 維修人員使用已調好的多用表直流50 V擋檢測故障．他將黑表筆接在c點，用紅表筆分別探測電路的a、b點． 圖2 ①斷開開關，紅表筆接a點時多用表指示如圖3所示，讀數(shù)為________ V，說明________正常(選填“蓄電池”、“保險絲”、“開關”或“小燈”)． 圖3 ②紅表筆接b點，斷開開關時，表針不偏轉，閉合開關后，多用表指示仍然和圖3相同，可判斷發(fā)生故障的器件是________．(選填“蓄電池”、“保險絲”、“開關”或“小燈”) 答案　①11.5(11.2～11.8的值均可)　蓄電池?、谛? 解析?、僖蛴弥绷?0 V擋檢測，故滿偏時電壓為50 V，刻度均勻，在圖示位置時，讀數(shù)為11.5(11.2～11.8之間均可)V，說明蓄電池正常． ②紅表筆接b點，斷開開關，指針不偏轉，閉合開關后多用表讀數(shù)與原來相同，說明保險絲、開關均正常，發(fā)生故障的器件只能為小燈． 考向2　測量電阻的實驗 例2　(xx四川8(2))圖4是測量阻值約幾十歐的未知電阻Rx的原理圖，圖中R0是保護電阻(10 Ω)，R1是電阻箱(0～99.9 Ω)，R是滑動變阻器，A1和A2是電流表，E是電源(電動勢10 V，內阻很小)． 圖4 在保證安全和滿足需求的情況下，使測量范圍盡可能大．實驗具體步驟如下： (ⅰ)連接好電路，將滑動變阻器R調到最大； (ⅱ)閉合S，從最大值開始調節(jié)電阻箱R1，先調R1為適當值，再調節(jié)滑動變阻器R，使A1示數(shù)I1＝0.15 A，記下此時電阻箱的阻值R1和A2的示數(shù)I2； (ⅲ)重復步驟(ⅱ)，再測量6組R1和I2的值； (ⅳ)將實驗測得的7組數(shù)據(jù)在如圖5所示坐標紙上描點． 圖5 根據(jù)實驗回答以下問題： ①現(xiàn)有四只供選用的電流表 A．電流表(0～3 mA，內阻為2.0 Ω) B．電流表(0～3 mA，內阻未知) C．電流表(0～0.3 A，內阻為5.0 Ω) D．電流表(0～0.3 A，內阻未知) A1應選用________，A2應選用________． ②測得一組R1和I2值后，調整電阻箱R1，使其阻值變小，要使A1示數(shù)I1＝0.15 A，應讓滑動變阻器R接入電路的阻值________(選填“不變”、“變大”或“變小”)． ③在坐標紙上畫出R1與I2的關系圖． ④根據(jù)以上實驗得出Rx＝________ Ω. 解析?、僭搶嶒灉yRx電阻的原理為并聯(lián)電路兩支路電壓相等，即(Rx＋r2)I2＝(R0＋R1＋r1)I1，其中r1、r2分別為A1、A2兩表的內阻．又因為Rx的阻值約幾十歐，與R0＋R1在同一數(shù)量級，A1示數(shù)為I1＝0.15 A，表示電流表A1只能從C、D中選擇，A2電流值的數(shù)量級與A1相同．由測量原理可知：(Rx＋r2)I2＝(R0＋R1＋r1)I1，因Rx未知，故r2阻值應已知，故A1選D，A2選C. ②因A1示數(shù)I1＝0.15 A不變，R1變小，(R0＋R1＋r1)I1變小，滑動變阻器所分電壓變大，R應變大． ③該圖線為一條直線，離線較遠的一組數(shù)據(jù)為錯誤數(shù)據(jù)，應舍去，其他點應對稱分布在直線兩側． ④由實驗原理得： (R0＋R1＋r1)I1＝(Rx＋r2)I2 其中R0＝10 Ω，r2＝5.0 Ω，I1＝0.15 A，從圖線上選擇兩組R1、I2代入不同數(shù)值可解得Rx約為31 Ω. 答案?、貲　C?、谧兇蟆、坳P系圖線如圖所示?、?1 以題說法　這類實驗要從以下兩個方面攻克： 1．電路結構：實驗電路至少包括三個部分：(1)測量電路；(2)控制電路(滑動變阻器、開關)；(3)電源． 2．電路設計：(1)電表選擇注意三方面：①安全性，要求量程不能太小，電表不反接；②準確性，要求量程不能太大，讀數(shù)一般要超過量程的；③若電表量程不合適，要利用有準確內阻的電表進行改裝． (2)測量電路設計：若>，則應把電流表內接；若<，則應把電流表外接． (3)控制電路：以小控大用分壓，相差無幾用限流，即當滑動變阻器的阻值較小時，常采用分壓式接法；當滑動變阻器的阻值與負載相差不大時，常采用限流式接法．另外，滑動變阻器必須接為分壓式的情況有三種：①電壓要求從零開始變化；②滑動變阻器太小，不能起到限流的作用；③限流式不能獲取有區(qū)分度的多組數(shù)據(jù)．若兩種接法均可，則采用限流式，因為限流式損耗功率小． 為了較準確地測量某電子元件的電阻，某實驗小組做如下測量： (1)用多用表測量該元件的電阻，選用“10”倍率的電阻擋測量，發(fā)現(xiàn)多用表指針偏轉很小，因此需選擇________(填“1”或“100”)倍率的電阻擋，并____________，再進行測量，若多用表中的電池舊了，用它測得的電阻值將________(填“偏大”“偏小”或“不變”)． (2)若用多用表測得該元件的電阻大約為1 500 Ω，現(xiàn)在要進一步精確測量其電阻，有以下器材： A．待測元件R(阻值約為1500 Ω) B．電流表(量程5 mA，內阻約5 Ω) C．電阻箱(9 999.9 Ω，0.02 A) D．直流電源(電動勢約為20 V，內阻約0.5 Ω) E．單刀雙擲開關一個，導線若干 實驗小組有同學設計了如圖6所示電路進行測量． 圖6 在閉合S前，先把R調至________(填“最大值”或“最小值”)，然后把K打到1，________________________________________________，再把K打到2, ____________，則Rx＝____________(用實驗中獲得的物理量來表示)． (3)兩只完全相同的表頭G，分別改裝成一只電流表和一只電壓表，一位同學不小心做實驗時誤將兩只表串起來連接在一閉合電路中，接通電路后兩只表的指針可能出現(xiàn)下列哪種現(xiàn)象(　　) A．電流表的指針偏轉，電壓表的指針不偏轉 B．兩表指針偏轉角度相同 C．兩表指針都偏轉，電壓表的指針偏轉角度比電流表大得多 D．兩表指針都偏轉，電流表的指針偏轉角度比電壓表大得多 答案　(1)100　讓紅黑表筆短接，重新歐姆調零　偏大 (2)最大值　調節(jié)R，當其阻值為R1時，電流表示數(shù)為I0　調節(jié)R，當其阻值為R2時，電流表示數(shù)為I0　R2－R1 (3)C 解析　(1)用歐姆表測量電阻，若指針偏轉較小，則電阻較大，應換大倍率的電阻擋，即100.換擋后需重新進行歐姆調零，即讓紅黑表筆短接，重新歐姆調零．若電池用舊了，則電動勢變小，內阻增大，測量相同電阻時，閉合電路中電流變小，指針偏轉角度變小，則歐姆表中電阻讀數(shù)增大． (2)電阻箱串聯(lián)接入電路，閉合開關前，應使電阻箱的阻值達到最大．兩次電流相同，則Rx＋R1＝R2，Rx＝R2－R1. (3)電流表為表頭G和小電阻并聯(lián)，電壓表為表頭G和大電阻并聯(lián)，當兩者串聯(lián)時，流過電壓表表頭的電流約等于流過電流表表頭的電流與流過并聯(lián)電阻的電流之和，因此電壓表表頭指針偏轉角度大，C正確． 考向3　描繪小燈泡(或者其他元件)的伏安特性曲線 例3　 在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中，要測量一個標有“3 V　1.5 W”的燈泡兩端的電壓和通過它的電流，現(xiàn)有如下器材： A．直流電源3 V(內阻可不計) B．直流電流表0～600 mA(內阻約0.5 Ω) C．直流電壓表0～3 V(內阻約3 kΩ) D．滑動變阻器(10 Ω，1 A) E．滑動變阻器(1 kΩ，300 mA) F．開關、導線若干 (1)本實驗中滑動變阻器選用________．(填“D”或“E”) (2)某同學用導線a、b、c、d、e、f、g和h連接的電路如圖7所示，電路中所有元器件都是完好的，且電壓表和電流表已調零．閉合開關后發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為2 V，電流表的示數(shù)為零，小燈泡不亮，則可確定斷路的導線是________；若電壓表示數(shù)為零，電流表的示數(shù)為0.3 A，小燈泡亮，則斷路的導線是________；若反復調節(jié)滑動變阻器，小燈泡亮度發(fā)生變化，但電壓表、電流表示數(shù)不能調為零，則斷路的導線是________． 圖7 (3)下表中的各組數(shù)據(jù)是該同學在實驗中測得的，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在如圖8所示的方格紙上作出該燈泡的伏安特性曲線.  U/V 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 I/A 0 0.17 0.30 0.39 0.45 0.49 圖8 ④如圖9所示，將兩個這樣的燈泡并聯(lián)后再與5 Ω的定值電阻R0串聯(lián)，接在電壓恒為4 V的電路上，每個燈泡的實際功率為________ W(結果保留兩位有效數(shù)字)． 圖9 解析　(1)因描繪小燈泡的伏安特性曲線，需測量多組數(shù)據(jù)，滑動變阻器需用分壓式接法，為了調節(jié)方便，滑動變阻器用阻值較小的，故選擇D. (2)電壓表有示數(shù)，說明通過電壓表的電路為通路，而小燈泡不亮，通過與電壓表并聯(lián)的小燈泡的電路為斷路，所以導線d斷開；若電壓表示數(shù)為零，而電流表有示數(shù)，說明電路接通，電壓表沒有接入電路，所以h斷開；若電壓表、電流表示數(shù)不能調為零，是因為滑動變阻器是限流式接法，故是g斷開． (3)描點畫圖，如圖所示． (4)設燈泡的電壓為U，電流為I，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：U0＝U＋2IR0，所以U＝－2R0I＋U0，代入數(shù)據(jù)U＝－10I＋4，在燈泡的伏安特性曲線坐標圖上畫出該直線，其交點(U，I)即為燈泡的實際電壓、電流值，可得燈泡消耗的實際功率P＝UI＝0.30 W. 答案　(1)D　(2)d　h　g　(3)見解析圖　(4)0.30 以題說法　描繪小燈泡的伏安特性曲線，其實驗原理還是伏安法測電阻；坐標軸選取的標度要合適，使所作圖線占滿坐標紙，不要畫成折線，要用平滑曲線連接． 圖10 某實驗小組的同學在學校實驗室中發(fā)現(xiàn)一電學元件，該電學元件上標有“最大電流不超過6 mA，最大電壓不超過7 V”，同學們想通過實驗描繪出該電學元件的伏安特性曲線，他們設計的一部分電路如圖10所示，圖中定值電阻R＝1 kΩ，用于限流；電流表量程為10 mA，內阻約為5 Ω；電壓表(未畫出)量程為10 V，內阻約為10 kΩ；電源電動勢E為12 V，內阻不計． (1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇： A．阻值0～200 Ω，額定電流0.3 A B．阻值0～20 Ω，額定電流0.5 A 應選的滑動變阻器是________(填“A”或“B”)． 正確接線后，測得數(shù)據(jù)如下表： 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U/V 0.00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40 I/mA 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.50 (2)由以上數(shù)據(jù)分析可知，電壓表應并聯(lián)在M與________(填“O”或“P”)之間； (3)在圖10中將電路圖補充完整； (4)從表中數(shù)據(jù)可知，該電學元件的電阻特點是：______________________________________. 答案　(1)A　(2)P　(3)電路圖見解析圖 (4)當元件兩端的電壓小于6 V時，元件電阻非常大，不導電；當元件兩端電壓大于6 V時，隨著電壓的升高電阻逐漸變小 解析　(1)滑動變阻器A允許的最大電壓為0.3200 V＝60 V＞12 V，滑動變阻器B兩端所能加的最大電壓為0.520V＝10 V＜12 V，為保證安全，滑動變阻器應選A. (2)由表中實驗數(shù)據(jù)可知，電學元件電阻最小測量值約為：R＝ Ω≈1 163.6 Ω，電流表內阻約為5 Ω，電壓表內阻約為10 kΩ，相對來說，元件電阻遠大于電流表內阻，電流表應采用內接法，因此電壓表應并聯(lián)在M與P之間． (3)描繪伏安特性曲線，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓式接法，由(2)可知，電流表采用內接法，實驗電路圖如圖所示： (4)由表中實驗數(shù)據(jù)可知，當元件兩端的電壓小于6 V時，電路電流很小，幾乎為零，由歐姆定律可知，元件電阻非常大，不導電；當元件兩端電壓大于6 V時，隨著電壓的升高電流迅速增大，電壓與電流的比值減小，電阻變?。? 考向4　測定金屬絲(液體)的電阻率 例4　(xx山東22)實驗室購買了一捆標稱長度為100 m的銅導線，某同學想通過實驗測定其實際長度．該同學首先測得導線橫截面積為1.0 mm2，查得銅的電阻率為1.710－8 Ωm，再利用圖11所示電路測出銅導線的電阻Rx，從而確定導線的實際長度． 圖11 可供使用的器材有： 電流表：量程0.6 A，內阻約0.2 Ω； 電壓表：量程3 V，內阻約9 kΩ； 滑動變阻器R1：最大阻值5 Ω； 滑動變阻器R2：最大阻值20 Ω； 定值電阻：R0＝3 Ω； 電源：電動勢6 V，內阻可不計； 開關、導線若干． 回答下列問題： (1) 實驗中滑動變阻器應選______(填“R1”或“R2”)，閉合開關S前應將滑片移至______端(填“a”或“b”)． (2)在圖12所示實物圖中，已正確連接了部分導線，請根據(jù)圖11甲電路完成剩余部分的連接． 圖12 (3)調節(jié)滑動變阻器，當電流表的讀數(shù)為0.50 A時，電壓表示數(shù)如圖13所示，讀數(shù)為______ V. 圖13 (4)導線實際長度為________ m(保留2位有效數(shù)字)． 解析　(1)根據(jù)R＝ρ，得銅導線的阻值約為Rx＝1.7 Ω，即Rx＋R0＝4.7 Ω.實驗中的滑動變阻器若選R1，則當滑動變阻器滑片移至a端時，電壓表的示數(shù)約為3 V，若滑動變阻器滑片向右移動，電壓表示數(shù)變大，超過電壓表量程，故實驗中的滑動變阻器應選R2.閉合開關S前應使電路中的電阻最大，故滑動變阻器滑片應移至a端． (2)連線如圖所示 (3)電壓表的示數(shù)為2.30 V. (4)根據(jù)歐姆定律，銅導線與R0的串聯(lián)的總電阻的阻值R＝＝ Ω＝4.6 Ω，所以銅導線的電阻Rx＝R－R0＝1.6 Ω. 根據(jù)R＝ρ得導線長度l＝＝ m≈94 m. 答案　(1)R2　a　(2)見解析圖　(3)2.30　(4)94 以題說法　連接實物圖要根據(jù)電路原理圖，采用先串后并，如果滑動變阻器是分壓式接法，一般先將電源、開關、滑動變阻器的全部電阻連接，然后將滑動變阻器的分壓部分、待測電阻、電流表串聯(lián)，最后并聯(lián)電壓表．同時還要注意電壓表、電流表的正負接線柱，以及量程選取是否合適． 如圖14，用伏安法測定電阻約5 Ω均勻電阻絲的電阻率，電源是兩節(jié)干電池． 圖14 (1)如圖15，用螺旋測微器測電阻絲的直徑時，先轉動________使F與A間距離稍大于被測物，放入被測物，再轉動________到夾住被測物，直到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動________使F固定后讀數(shù)．(填儀器部件字母符號) 圖15 (2)根據(jù)原理圖連接如圖16所示的實物圖． 圖16 (3)閉合開關后，滑動變阻器觸頭調至一合適位置后不動，多次改變________的位置，得到幾組U、I、L的數(shù)據(jù)，用R＝計算出相應的電阻后作出R－L圖象如圖17.取圖線上兩個點間數(shù)據(jù)之差ΔL和ΔR，若電阻絲直徑為d，則電阻率ρ＝____________. 圖17 答案　(1)D　H　G (2)見解析圖 (3)線夾P(P點或P)　 解析　(1)用螺旋測微器測電阻絲的直徑時，先轉動粗調旋鈕D使F與A間距稍大于被測物，放入被測物，再轉動細調旋鈕H到夾住被測物，直到棘輪發(fā)出聲音為止，撥動固定旋鈕G使F固定后讀數(shù)． (2)根據(jù)電路圖連接實物電路圖，實物電路圖如圖所示． (3)閉合開關后，滑動變阻器觸頭調至一合適位置后不動，多次改變線夾P的位置，測出幾組U、I、L的數(shù)據(jù)；電阻絲阻值：ΔR＝ρ＝ρ，電阻率ρ＝. 考向5　測定電源的電動勢和內阻 例5　某同學用如圖18所示電路測量多用電表的內阻和內部電池的電動勢． 圖18 (1)多用電表右側表筆為________(填“紅表筆”或“黑表筆”)．將多用電表選擇旋鈕調至歐姆擋“1”，將紅黑表筆短接，調節(jié)________，使指針指在右側滿刻度處． (2)移動滑動變阻器R的觸頭，分別讀出五組電壓表(內阻較大，可視為理想電壓表)和歐姆表示數(shù)U、R，并將計算得出的、記錄在表格中，其中第四次測量時歐姆表的示數(shù)如圖19，其阻值為________ Ω.在如圖20所示的坐標紙上做出－圖線． 圖19 2.50 1.70 1.25 1.00 0.80 0.18 0.10 0.06 0.02 圖20 (3)若改用已使用較長時間的多用電表(電池電動勢變小，內阻變大)，但仍能調零后測電阻，其測得電阻R值與原來相比________．(填“偏大”、“不變”或“偏小”) 答案　(1)黑表筆　調零旋鈕(調R0也可) (2)30　如圖所示 (3)偏大 以題說法　測量電源的電動勢和內阻的基本原理是閉合電路歐姆定律，數(shù)據(jù)處理的主要思想方法是“化曲為直”，常用的方法有三種： 1．伏安法——利用電壓表和電流表，閉合電路方程為E＝U＋Ir，利用兩組數(shù)據(jù)，聯(lián)立方程求解E和r；也可作出U－I圖象，圖線的縱截距表示電源的電動勢，斜率的絕對值表示電源的內阻． 2．伏阻法——利用電壓表和電阻箱．閉合電路方程為E＝U(1＋)．利用兩組數(shù)據(jù)聯(lián)立方程求解或將原方程線性化，處理為＝＋或U＝－r＋E，做－圖象或U－圖象，利用圖線的截距和斜率求E和r. 3．安阻法——利用電流表和電阻箱．閉合電路方程為E＝I(R＋r)，利用兩組數(shù)據(jù)聯(lián)立方程求解或將方程線性化，處理為＝R＋，做－R圖象，利用圖線的截距和斜率求E和r. (xx北京21)利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內電阻．要求盡量減小實驗誤差． (1)應該選擇的實驗電路是圖21中的________(選填“甲”或“乙”)． 圖21 (2)現(xiàn)有電流表(0～0.6 A)、開關和導線若干，以及以下器材： A．電壓表(0～15 V) B．電壓表(0～3 V) C．滑動變阻器(0～50 Ω) D．滑動變阻器(0～500 Ω) 實驗中電壓表應選用________；滑動變阻器應選用______________．(選填相應器材前的字母) (3)某位同學記錄的6組數(shù)據(jù)如下表所示，其中5組數(shù)據(jù)的對應點已經標在圖22的坐標紙上，請標出余下一組數(shù)據(jù)的對應點，并畫出U－I圖線. 序號 1 2 3 4 5 6 電壓U/V 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10 電流I/A 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480 圖22 (4)根據(jù)(3)中所畫圖線可得出干電池的電動勢E＝________ V，內電阻r＝________ Ω. (5)實驗中，隨著滑動變阻器滑片的移動，電壓表的示數(shù)U及干電池的輸出功率P都會發(fā)生變化．下列各示意圖中正確反映P－U關系的是________． 答案　(1)甲　(2)B　C (3)如圖所示 (4)1.50(1.49～1.51)　0.83(0.81～0.85)　(5)C 解析　(1)電流表內阻與電池內阻相差不多，如果用乙圖實驗所得的誤差較大，應選用甲圖． (2)干電池的電動勢為1.5 V左右，為減小誤差，應選擇量程為3 V的電壓表；根據(jù)電源電動勢和電流表量程，可知應選擇最大阻值為50 Ω的滑動變阻器． (3)第四組數(shù)據(jù)誤差較大，應舍去，然后連線． (4)根據(jù)U－I圖像，電源的電動勢為縱軸的截距，為1.50 V，內阻為斜率的絕對值，r＝ Ω≈0.83 Ω. (5)可采用特殊值法分析，當外電路短路時，U＝0，此時電池的輸出功率P＝0.當外電路斷路時，U＝E，此時電池的輸出功率P＝0.故只有選項C正確. 12．從原理遷移中突破電學實驗題 例6　(8分)為了測量某電池的電動勢E(約為3 V)和內阻r，選用的器材如下： A．電流表G1(量程為2 mA，內電阻為100 Ω) B．電流表G2(量程為1 mA，內電阻為200 Ω) C．電阻箱R1(0～99.99 Ω) D．電阻箱R2(0～9 999 Ω) E．滑動變阻器R3(0～1 000 Ω，允許最大電流1 A) F．待測電池 G．開關一個、導線若干 (1)某同學利用上述器材，采用圖23甲的電路測量該電池的電動勢和內阻，請按照圖甲將圖乙所示的實物圖連線． 圖23 (2)圖甲中利用電阻箱R1，將電流表G1改裝成了量程為0.5 A的電流表，利用電阻箱R2將電流表G2改裝成了量程為3 V的電壓表，則電阻箱R1的阻值調到________ Ω. (3)以G2示數(shù)I2為縱坐標，G1示數(shù)I1為橫坐標，作出I2－I1圖象如圖24所示，結合圖象可得出電源的電動勢為________ V，電源的內阻為________ Ω(結果均保留兩位有效數(shù)字)． 圖24 思維導圖 解析　(2)根據(jù)歐姆定律和串并聯(lián)規(guī)律應有： I＝I1g＋， 解得R1≈0.4 Ω， 由U＝I2g(r2＋R2)，代入數(shù)據(jù)解得： R2＝2.8103 Ω (3)縱坐標截距0.9 mA，對應著電源電動勢E＝3 V＝2.7 V；橫坐標截距0.4 mA，對應著流過電源的電流為0.4 mA＋ mA＝0.100 4 A；電源內阻為r＝＝ Ω≈9.0 Ω. 答案　(1)如圖所示(2分) (2)0.4(2分)　(3)2.7(2分)　9.0(2分) (限時：12分鐘，滿分：18分) (xx福建19)(1)(6分)某同學測定一金屬桿的長度和直徑，示數(shù)如圖25甲、乙所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為________ cm和________ mm. 圖25 (2)(12分)某研究性學習小組利用伏安法測定某一電池組的電動勢和內阻，實驗原理圖如圖26甲所示，其中，虛線框內為用靈敏電流計改裝的電流表，為標準電壓表，E為待測電池組，S為開關，R為滑動變阻器，R0是標稱值為4.0 Ω的定值電阻． 圖26 ①已知靈敏電流計的滿偏電流Ig＝100 μA、內阻rg＝2.0 kΩ，若要改裝后的電流表滿偏電流為200 mA，應并聯(lián)一只________ Ω(保留一位小數(shù))的定值電阻R1； ②根據(jù)如圖26甲，用筆畫線代替導線將圖乙連接成完整的電路； ③某次實驗的數(shù)據(jù)如下表所示： 測量次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 電壓表讀數(shù)U/V 5.26 5.16 5.04 4.94 4.83 4.71 4.59 4.46 改裝表讀數(shù)I/mA 20 40 60 80 100 120 140 160 該小組借鑒“研究勻變速直線運動”實驗中計算加速度的方法(逐差法)，計算出電池組的內阻r＝________ Ω(保留兩位小數(shù))；為減小偶然誤差，逐差法在數(shù)據(jù)處理方面體現(xiàn)出的主要優(yōu)點是____________________________． ④該小組在前面實驗的基礎上，為探究圖甲電路中各元器件的實際阻值對測量結果的影響，用一已知電動勢和內阻的標準電池組，通過上述方法多次測量后發(fā)現(xiàn)：電動勢的測量值與已知值幾乎相同，但內阻的測量值總是偏大．若測量過程無誤，則內阻測量值總是偏大的原因是________．(填選項前的字母) A．電壓表內阻的影響 B．滑動變阻器的最大阻值偏小 C．R1的實際阻值比計算值偏小 D．R0的實際阻值比標稱值偏大 答案　(1)60.10　4.20　(2)①1.0?、谝娊馕鰣D(其他正確連接同樣給分)　③1.66　充分利用已測得的數(shù)據(jù) ④CD 解析　(1)金屬桿長度由刻度尺示數(shù)可得，由題圖甲得L＝60.10 cm.由題圖乙知，此游標尺為50分度，游標尺上第10刻線與主尺上一刻線對齊，則金屬桿直徑為d＝4 mm＋10 mm＝4.20 mm. (2)①由電流表的改裝知識可知，R1＝＝ Ω≈1.0 Ω. ②如下圖． ③根據(jù)閉合電路歐姆定律結合逐差法可知 r1＝－R0，r2＝－R0， r3＝－R0，r4＝－R0. 故r＝ ＝－R0＝ [－4.0] Ω≈1.66 Ω. 逐差法在計算中體現(xiàn)的主要優(yōu)點是：充分利用已測得的數(shù)據(jù)． ④根據(jù)題意可知，內阻的測量值為r測＝－R0，因此，電壓表的內阻、滑動變阻器的阻值對測量結果無影響．若R1的實際值比計算值偏小，則改裝后的電流表示數(shù)偏小，導致內阻測量值偏大．根據(jù)內阻測量值的表達式可知，R0的實際值比標稱值偏大，也會導致內阻測量值偏大．故選C、D. (限時：45分鐘) 1．(xx浙江22)小明對2B鉛筆芯的導電性能感興趣，于是用伏安法測量其電阻值． (1)圖1是部分連接好的實物電路圖，請用電流表外接法完成接線并在圖中畫出． 圖1 (2)小明用電流表內接法和外接法分別測量了一段2B鉛筆芯的伏安特性，并將得到的電流、電壓數(shù)據(jù)描到U－I圖上，如圖2所示．在圖中，由電流表外接法得到的數(shù)據(jù)點是用________(填“○”或“”)表示的． 圖2 (3)請你選擇一組數(shù)據(jù)點，在圖上用作圖法作圖，并求出這段鉛筆芯的電阻為________ Ω. 答案　(1)見解析圖　(2)　(3)見解析圖　用“”表示的數(shù)據(jù)連線時，1.2(1.1～1.3均可)，用“○”表示的數(shù)據(jù)連線時，1.6(1.5～1.7均可) 解析　(1)連線如圖所示． (2)U－I圖像如圖所示． U－I圖像的斜率反映了電阻的大小，而用電流表內接法時測得的電阻偏大，外接法時測得的電阻偏小，所以外接法的數(shù)據(jù)點是用“”表示的． (3)在U－I圖像上，選用外接法所得的“”連線，則R＝＝1.2 Ω，選用內接法所得的“○”連線，則R＝＝1.6 Ω. 2．測量一未知電阻的阻值． (1)某同學首先用多用電表粗測電阻的大小，將多用電表選擇開關置于“10 Ω”擋，調零后，將紅、黑表筆分別接電阻兩端，發(fā)現(xiàn)指針讀數(shù)如圖3所示，則所測阻值為________ Ω. 圖3 (2)接著該同學計劃用伏安法準確測量電阻的阻值，提供的實驗器材有：8 V直流電源；電壓表(0～10 V，內阻約20 kΩ)；電流表(0～50 mA，內阻約10 Ω)；滑動變阻器(0～20 Ω，1 A)；開關和導線． 請根據(jù)實驗要求和提供的器材，參考下面未完全連接好的實物電路在下面虛線方框內畫出實驗電路圖，并完成如圖4所示實物電路未連接的導線． 圖4 (3)在上述(2)的實驗中，連接好電路后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表皆沒有讀數(shù)，該同學用多用電表檢查電路故障．他的操作如下：選用多用電表的直流電壓擋，將紅、黑表筆分別接在：電源正、負極間；變阻器電阻絲的兩端；電流表“－”接線柱和電壓表“＋”接線柱之間，結果多用電表的指針均發(fā)生偏轉，則可能是連接____________________之間的導線發(fā)生了斷路． (4)實驗中移動變阻器滑動頭，記下多組電流表、電壓表讀數(shù)(U，I)，然后在坐標紙上作出U－I圖線，圖線的____________大小表示待測電阻阻值．在這個實驗中，測量值____真實值．(填“＞”、“＝”或“＜”) 答案　(1)200　(2)見解析圖　(3)電流表和電壓表　(4)斜率?。? 解析　(1)由題圖可知，所測電阻阻值為：2010 Ω＝200 Ω. (2)由于滑動變阻器最大阻值為20 Ω，遠小于待測電阻阻值200 Ω，如果滑動變阻器采用限流式接法，移動滑動變阻器滑片時，電路電流及待測電阻電壓變化范圍較小，不能進行多次測量，因此滑動變阻器應采用分壓式接法；電壓表內阻約20 kΩ，電流表內阻約10 Ω，待測電阻阻值約為200 Ω，相對來說電壓表內阻遠大于待測電阻阻值，因此電流表應采用外接法，實驗電路圖如圖所示． 根據(jù)實驗電路圖連接實物電路圖，實物電路圖如圖所示． (3)閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表皆沒有讀數(shù)，說明電路存在斷路；用電壓表測：電源正負極間、變阻器電阻絲的兩端、電流表“－”接線柱和電壓表“＋”接線柱之間，結果多用電表的指針均發(fā)生偏轉，說明各測試點之間不存在斷路，因此電路斷路位置為連接電流表和電壓表之間的導線． (4)根據(jù)歐姆定律得：U＝IR，則U－I圖線的斜率大小表示待測電阻阻值，因為電流表采用外接法，由于電壓表分流，使電阻測量值小于真實值． 3．(xx浙江省五校第二次聯(lián)考)2013年12月14日晚上9點14分左右嫦娥三號月球探測器平穩(wěn)降落在月球虹灣，并在4分鐘后展開太陽能電池帆板．這是中國航天器第一次在地外天體成功軟著陸，中國成為繼美國、前蘇聯(lián)之后第三個實現(xiàn)月面軟著陸的國家．太陽能電池在有光照時，可以將光能轉化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件，如圖5所示．某實驗小組用測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照時(沒有儲存電能)的I－U特性．所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關S及導線若干． 圖5 (1)為了達到上述目的，應選用圖6中的哪個電路圖____________(填“甲”或“乙”)． 圖6 (2)該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖7的I－U圖象．由圖可知，當電壓小于2.00 V時，太陽能電池的電阻________(填“很大”或“很小”)；當電壓為2.80 V時，太陽能電池的電阻約為________ Ω.(保留兩位有效數(shù)字) 圖7 (3)該實驗小組在另一實驗中先用一強光照射太陽能電池，并用如圖8電路調節(jié)滑動變阻器，通過測量得到該電池的U－I曲線a.再減小實驗中光的強度，用一弱光重復實驗，測得U－I曲線b，如圖9.當滑動變阻器的電阻為某值時，若曲線a的路端電壓為1.5 V，則滑動變阻器的測量電阻為________ Ω，曲線b外電路消耗的電功率為________ W(計算結果保留兩位有效數(shù)字)． 圖8 圖9 答案　(1)甲　(2)很大　1.0103　(3)7.1103(7.0～7.2103均可)　6.810－5(6.7～6.910－5均可) 解析　(3)曲線a的路端電壓為U1＝1.5 V時電路中電流為I1＝210 μA，即為強光照射時的工作點，連接該點和坐標原點，此直線為此時對應的外電路電阻的U－I圖線，測量電阻為R＝≈7.1103 Ω.此直線和曲線b的交點為弱光照射時的工作點，電流和電壓分別為I＝97μA 、U＝0.7 V，則外電路消耗功率為P＝UI≈6.810－5 W. 4．某探究小組要描繪一個標有“4 V,1 W”的小燈泡的R－U曲線，所供選擇的器材除了導線和開關外，還有以下一些器材可供選擇： A．電壓表V(量程5 V，內阻約為5 kΩ) B．直流電源E(電動勢4.5 V，內阻不計) C．電流表A1(量程150 mA，內阻約為2 Ω) D．電流表A2(量程300 mA，內阻約為1 Ω) E．滑動變阻器R1(阻值0～10 Ω) F．滑動變阻器R2(阻值0～200 Ω) (1)實驗中要求小燈泡電壓從零逐漸增大到額定電壓，測量誤差盡可能小且方便調節(jié)，電流表應選用________，滑動變阻器應選用________(填寫儀器符號)．請在虛線框中畫出該實驗的電路圖． (2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算并描繪出了R—U圖象，如圖10所示．由圖象可知，當所加電壓為3.0 V時，小燈泡實際消耗的電功率為________ W(計算結果保留兩位有效數(shù)字)． 圖10 (3)小燈泡的P－U圖象及I－U圖象如圖11甲、乙所示．則小燈泡的電功率P隨電壓U變化的曲線是________；小燈泡的伏安特性曲線是________．(填“a”、“b”、“c”、“d”) 圖11 答案　(1)A2　R1　見解析圖　(2)0.75　(3)b　c 解析　(1)待測小燈泡為“4 V,1 W”，故其額定電流I＝＝0.25 A＝250 mA，故電流表只能選擇A2；要描繪小燈泡RL的R－U曲線，電壓要從0開始連續(xù)可調，故滑動變阻器采用分壓式接法，為方便實驗操作滑動變阻器應選R1.燈泡正常發(fā)光時的電阻R＝＝ Ω＝16 Ω，電壓表內阻約為5 kΩ，電流表內阻約為1 Ω，電壓表內阻遠大于燈泡電阻，電流表應采用外接法；描繪燈泡伏安特性曲線，電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓式接法，實驗電路圖如圖所示． (2)當電壓為3 V時，由題圖可知小燈泡的電阻為12 Ω，故此時小燈泡消耗的實際功率P＝＝ W≈0.75 W. (3)燈泡電功率P＝，由于燈泡電阻隨溫度的升高而增大，由小燈泡的R－U圖象可知，U變大，I變大，而P＝IU，因此P－U圖象的斜率應隨電壓的增大而增大，故b正確；由小燈泡的R－U圖象可知隨電壓的增大燈泡的電阻增大，故逐漸減小，故I－U圖象的斜率隨電壓的增大而減小，故c正確． 5．(xx江蘇10)某同學通過實驗測量一種合金的電阻率． (1)用螺旋測微器測量合金絲的直徑．為防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉動，讀數(shù)前應先旋緊圖12所示的部件__________(選填“A”、“B”、“C”或“D”)．從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為________ mm. 圖12 (2)圖13所示是測量合金絲電阻的電路，相關器材的規(guī)格已在圖中標出．合上開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化．由此可以推斷：電路中______(選填圖中表示接線柱的數(shù)字)之間出現(xiàn)了________(選填“短路”或“斷路”)． 圖13 (3)在電路故障被排除后，調節(jié)滑動變阻器，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23 V和38 mA，由此，該同學算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7 Ω.為了更準確地測出合金絲的阻值，在不更換實驗器材的條件下，對實驗應作怎樣的改進？請寫出兩條建議． 答案　(1)B　0.410　(2)7、9　斷路 (3)電流表改為內接；測量多組電流和電壓值，計算出電阻的平均值．(或測量多組電流和電壓值，用圖像法求電阻值) 解析　(1)螺旋測微器讀數(shù)時應先將鎖緊裝置鎖緊，即旋緊B.螺旋測微器的示數(shù)為(0＋41.00.01) mm＝0.410 mm. (2)電壓表的示數(shù)不為零，電流表的示數(shù)幾乎為零，說明連接兩電表的電路是導通的．而滑動變阻器幾乎不起作用，說明線路電阻很大，故可判斷7、8、9間斷路． (3)由題知≈0.005<≈0.019，說明電流表的分壓作用不顯著，故可將電流表改為內接，并測出多組U、I值，求出Rx后，再取平均值作為實驗結果． 圖14 6．(xx新課標Ⅰ23)利用如圖14所示電路，可以測量電源的電動勢和內阻，所用的實驗器材有： 待測電源，電阻箱R(最大阻值為999.9 Ω)，電阻R0(阻值為3.0 Ω)，電阻R1(阻值為3.0 Ω)，電流表(量程為200 mA，內阻為RA＝6.0 Ω)，開關S. 實驗步驟如下： ①將電阻箱阻值調到最大，閉合開關S； ②多次調節(jié)電阻箱，記下電流表的示數(shù)I和電阻箱相應的阻值R； ③以為縱坐標，R為橫坐標，作－R圖線(用直線擬合)； ④求出直線的斜率k和在縱軸上的截距b. 回答下列問題： (1)分別用E和r表示電源的電動勢和內阻，則與R的關系式為__________________． (2)實驗得到的部分數(shù)據(jù)如下表所示，其中電阻R＝3.0 Ω時電流表的示數(shù)如圖15所示，讀出數(shù)據(jù)，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 /A－1 6.99 8.00 ② 10.0 11.0 11.9 13.0 圖15 (3)在圖16的坐標紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整并作圖，根據(jù)圖線求得斜率k＝________ A－1Ω－1，截距b＝________ A－1. 圖16 (4)根據(jù)圖線求得電源電動勢E＝________ V，內阻r＝________ Ω. 答案　(1)＝R＋(5.0＋r) (2)①0.110(0.109～0.111均正確) ②9.09(9.01～9.17均正確) (3)見解析圖　1.0(0.96～1.04均正確) 6．0(5.9～6.1均正確) (4)3.0(2.7～3.3均正確)　1.0(0.6～1.4均正確) 解析　(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知： E＝IRA＋(I＋)(R＋R0＋r) 將R0＝3.0 Ω，R1＝3.0 Ω，RA＝6.0 Ω代入上式得＝R＋(5.0＋r) (2)從讀數(shù)上，有效數(shù)字要一致，即讀數(shù)是0.110 A，倒數(shù)是9.09 A－1. (3)由－R關系式可知k＝，截距b＝(5.0＋r)；由給出的數(shù)據(jù)作出圖像，連線時盡可能使多的點在同一直線上，不在直線上的點要均勻分布在直線兩側如圖所示． 由圖像可知，k＝1.0 A－1Ω－1，b＝6.0 A－1. (4)電源電動勢E＝3.0 V，電源內阻r＝1.0 Ω. 7．(xx東北三省三校二次聯(lián)考)現(xiàn)有一刻度盤總共有N小格、且刻度均勻，量程未準確確定的電壓表V1，已知其量程在13 ～16 V之間，內阻r1＝150 kΩ.為測定其準確量程U1，實驗室提供了如下表所列的器材，要求方法簡捷，盡可能減少誤差，并能測出多組數(shù)據(jù). 器材(代號) 規(guī)格 標準電壓表V2 量程3 V，內阻r2＝30 kΩ 電流表A 量程3 A，內阻r3＝0.01 Ω 滑動變阻器R 總阻值1 kΩ 穩(wěn)壓電源E 20 V，內阻很小 開關S、導線若干 (1)某同學設計了如圖17所示的甲、乙、丙三種電路圖 圖17 你認為選擇________電路圖測量效果最好．(填“甲”、“乙”或“丙”) (2)根據(jù)測量效果最好的那個電路圖，將如圖18所示有關器材連接成測量電路． 圖18 (3)若選擇測量數(shù)據(jù)中的一組來計算V1的量程U1，則所用的表達式U1＝________________，式中各符號表示的物理量是：________________. 答案　(1)乙　(2)見解析圖　(3)U2　N：V1的總格數(shù)，N1：V1的讀出格數(shù)，U2：V2的讀數(shù)，r1：V1表內阻，r2：V2表內阻 解析　(1)由于待測電壓表的滿偏電流與標準電壓表的滿偏電流接近，大約是0.1 mA，所以可將兩電壓表串聯(lián)使用，由于滑動變阻器的全電阻遠小于電壓表內阻，所以滑動變阻器應用分壓式接法，所以選擇乙電路圖進行測量． (2)根據(jù)圖乙所示電路圖連接實物電路圖，實物電路圖如圖所示． (3)待測電壓表V1的指針偏轉格數(shù)為N1，每格表示電壓值為ΔU， 由歐姆定律可得：＝ 所以電壓表V1的量程為U1＝NΔU 聯(lián)立解得U1＝U2 其中r1＝150 kΩ，r2＝30 kΩ，U2為某次測量時標準電壓表V2的讀數(shù)，N1為某次測量時待測電壓表V1的指針偏轉格數(shù)．