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第2講　電學實驗與創(chuàng)新 1.(2018青海西寧二模)(14分)要測量某種合金的電阻率. (1)若合金絲長度為L,直徑為D,阻值為R,則其電阻率ρ=　　　.用螺旋測微器測合金絲的直徑如圖(甲)所示,讀數(shù)為　　　　mm. (2)圖(乙)是測量合金絲阻值的原理圖,S2是單刀雙擲開關(guān).根據(jù)原理圖在圖(丙)中將實物連線補充完整. (3)閉合S1,當S2處于位置a時,電壓表和電流表的示數(shù)分別為U1=1.35 V,I1=0.30 A;當S2處于位置b時,電壓表和電流表的示數(shù)分別為U2= 0.92 V,I2=0.32 A.根據(jù)以上測量數(shù)據(jù)判斷,當S2處于位置　　　　(選填“a”或“b”)時,測量相對準確,測量值Rx=　　　　 Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 解析:(1)金屬絲電阻R=UI=ρLS=ρLπ(D2)2, 則電阻率ρ=πRD24L; 由圖示螺旋測微器可知, 其示數(shù)為0.5 mm+15.00.01 mm=0.650 mm; (2)如圖所示 (3)電流表內(nèi)阻較大、分壓明顯,故接b位置時更加準確,即S2處于位置b, 根據(jù)歐姆定律,則有Rx=0.920.32 Ω=2.9 Ω. 答案:(1)πRD24L　0.650　(2)見解析圖　(3)b　2.9 2.(2018天津南開區(qū)二模)(14分)用如圖所示的多用電表測量電阻,要用到選擇開關(guān)T和兩個部件P,Q.請根據(jù)下列步驟完成電阻測量: ①旋動部件　　,使指針對準電流的“0”刻線. ②將T旋轉(zhuǎn)到電阻擋“100”的位置. ③將插入“+”“-”插孔的表筆短接,旋動部件　　　　,使指針對準電阻的　　　　(填“0刻線”或“∞刻線”). ④將兩表筆分別與待測電阻相接,發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過小.為了得到比較準確的測量結(jié)果,請從下列選項中挑出合理的步驟,并按　　　　的順序進行操作,再完成讀數(shù)測量. A.將T旋轉(zhuǎn)到電阻擋“1k”的位置 B.將T旋轉(zhuǎn)到電阻擋“10”的位置 C.將兩表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相接 D.將兩表筆短接,旋動合適部件,對電表進行校準 ⑤某同學用該多用電表測量一個量程為3 V的電壓表的內(nèi)阻,他選擇了電阻擋“100”并進行了正確的操作.測量時指針位置如圖所示,得出電壓表內(nèi)阻為3.00103 Ω,此時電壓表的指針也偏轉(zhuǎn)了.已知多用電表歐姆擋表盤中央刻度值為“15”,表內(nèi)電池電動勢為1.5 V,則電壓表的示數(shù)應(yīng)為　　　　V(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字). 解析:①旋動機械調(diào)零旋鈕P,使指針對準電流的“0”刻線. ③將插入“+”“-”插孔的表筆短接,旋動歐姆調(diào)零旋鈕Q,使指針對準電阻的0刻線. ④將兩表筆分別與待測電阻相接,指針偏轉(zhuǎn)角度過小,說明所選擋位太小,為準確測量電阻阻值,應(yīng)將T旋轉(zhuǎn)到電阻擋“1k”的位置,然后進行歐姆調(diào)零,然后再測電阻阻值,故正確操作為ADC. ⑤歐姆表的內(nèi)電阻等于中值電阻, R=15100 Ω=1 500 Ω; 電壓表的內(nèi)電阻RV=3 000 Ω; 故電壓表讀數(shù)為 U=IRV=ER+RVRV=1.51 500+3 0003 000 V=1.0 V. 答案:①P　③Q　0刻線?、蹵DC　⑤1.0 3.(2018江蘇一模)(14分)鋰電池具有能量密度大、重量輕、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點,已得到了廣泛應(yīng)用.圖(甲)為某國產(chǎn)手鉆內(nèi)的可充電的鋰電池,該電池標稱電動勢為12 V.某實驗小組想測定它的電動勢和內(nèi)電阻.同學們上網(wǎng)查得該電池的內(nèi)電阻很小,大約只有幾十毫歐.他們從實驗室找到了兩個開關(guān)S1和S2、一個雙量程電壓表V(0～3 V,0～15 V,內(nèi)阻約幾千歐)以及一個電阻箱(99.999 Ω,精度 0.001 Ω).并設(shè)計了如圖(乙)所示的電路.接著完成了以下的實驗 步驟: a.按圖(乙)所示電路連接實物電路; b.保持開關(guān)S2斷開,閉合開關(guān)S1,讀出電壓表示數(shù)U1; c.把電阻箱調(diào)到適當?shù)淖柚?再閉合開關(guān)S2,此時電壓表的示數(shù)U2如圖(丁)所示,電阻箱R的示數(shù)如圖(戊)所示; d.記下實驗數(shù)據(jù),并計算出鋰電池的電動勢和內(nèi)電阻; e.實驗完畢,整理實驗器材. 請完成下列問題: (1)請用筆畫線,按圖(乙)電路圖將圖(丙)中實物電路連接好. (2)根據(jù)圖(丁)和圖(戊)可知U2=　　　　V、R=　　　　Ω. (3)如果步驟b中測得U1=12.5 V,根據(jù)以上測量數(shù)據(jù)可以計算出該電池的電動勢E=　　　　V,內(nèi)電阻r=　　　　Ω. (4)請?zhí)岢鲈撔〗M操作中不當或可以改進的地方: 　. 解析:(1)畫出按圖(乙)電路圖所示的實物圖,如圖所示. (2)根據(jù)圖(丁)和圖(戊)可知: 電壓表讀數(shù)為U2=10.5 V 電阻箱讀數(shù)為R=0.504 Ω. (3)設(shè)電壓表內(nèi)阻為RV,如果步驟b中測得U1=12.5 V,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得U1=RVRV+rE 因為RV?r,則RVRV+r≈1 故有E=U1=12.5 V 根據(jù)閉合電路歐姆定律可得E=U2R(R+r) 將U2=10.5 V,R=0.504 Ω以及E=12.5 V代入可得內(nèi)阻r=ERU2-R= 0.096 Ω. (4)該小組操作中只測了兩組數(shù)據(jù),誤差較大,故可以改變電阻箱的阻值,重新進行測量,測多組數(shù)據(jù)取平均值或用圖像處理數(shù)據(jù),來使實驗結(jié)果更精確. 答案:(1)見解析圖　(2)10.5　0.504 (3)12.5　0.096 (4)改變電阻箱的阻值,重新進行測量,測多組數(shù)據(jù)取平均值或用圖像處理數(shù)據(jù) 4.(2018黑龍江大慶二模)(14分)現(xiàn)有一個阻值大約為20 Ω的電阻,為了更精確地測量其電阻,實驗室給出了以下器材: ①電流表G1(0～50 mA,內(nèi)阻r1=3 Ω) ②電流表G2(0～100 mA,內(nèi)阻r2=1 Ω) ③定值電阻R1(R1=150 Ω) ④定值電阻R2(R2=15 Ω) ⑤滑動變阻器R(0～5 Ω) ⑥干電池(1.5 V,內(nèi)阻不計) ⑦開關(guān)S及導線若干 (1)某同學設(shè)計了如圖(甲)所示的電路圖,其中A,B一個為被測電阻、一個為定值電阻,請問圖中電阻　　　　(填“A”或“B”)為被測電阻,定值電阻應(yīng)選　　　　(填“R1”或“R2”). (2)若某次測得電流表G1,G2的示數(shù)分別為I1,I2.則被測電阻的大小為　　　　(用已知和測量物理量的符號表示). (3)若通過調(diào)節(jié)滑動變阻器,該同學測得多組I1,I2的實驗數(shù)據(jù),根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出I1,I2的圖像如圖(乙)所示,并求得圖像的斜率k=1.85,則被測電阻的大小為　　　　 Ω(保留三位有效數(shù)字). 解析:(1)G1和定值電阻A串聯(lián)相當于電壓表,兩電流表讀數(shù)之差可測出流過被測電阻B的電流,從而計算出被測電阻B的阻值.故圖中電阻B為被測電阻.為使兩電流表偏轉(zhuǎn)比例相近,兩支路電阻應(yīng)相近,則定值電阻應(yīng)選R2. (2)被測電阻的電流I=I2-I1,被測電阻的電壓U=I1(r1+R2),則被測電阻的阻值 R=I1(r1+R2)I2-I1. (3)由R=I1(r1+R2)I2-I1可得I2=(1+r1+R2R)I1;對比圖像可得1+r1+R2R=k=1.85, 解得R=3+150.85 Ω≈21.2 Ω. 答案:(1)B　R2　(2)I1(r1+R2)I2-I1　(3)21.2 5.(2018四川宜賓模擬)(14分)某同學想測量一個量程為0～3 V,內(nèi)阻約3 kΩ的電壓表V的內(nèi)阻Rx,所用的實驗器材有: 待測電壓表V; 電流表A(量程0～1.2 mA,內(nèi)阻為RA=100 Ω); 滑動變阻器R1(0～500 Ω); 定值電阻R=5.0 kΩ; 電阻箱R0(0～9 999.9 Ω); 電源E(電動勢8 V,內(nèi)阻較小); 開關(guān)一個、導線若干. (1)要把電流表A改為量程0～12 V的電壓表,應(yīng)與電流表A串聯(lián)的電阻箱R0電阻調(diào)為　　　　 Ω; (2)按如圖(a)所示電路連接好電路,將電阻箱阻值按照上述第(1)問計算結(jié)果調(diào)節(jié)好,閉合開關(guān)S前應(yīng)先將滑動變阻器的滑片調(diào)到最　　 　　(選填“左”或“右”)端.實驗中,多次調(diào)節(jié)滑動變阻器,記下電壓表V的示數(shù)U和電流表A的示數(shù)I; (3)該同學以I為縱坐標,U為橫坐標建立坐標系,根據(jù)測得數(shù)據(jù)描點作圖如圖(b)所示.由電路圖可知I與U的關(guān)系式為I=　　　　(用題中所給物理量符號表示),結(jié)合圖線(b)和已知數(shù)據(jù)可求得待測電壓表內(nèi)阻Rx=　　　　kΩ;(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (4)該同學還想利用圖(a)電路,測量一量程為0～1 V、內(nèi)阻約2 kΩ的電壓表內(nèi)阻,為保證實驗中的測量數(shù)據(jù)變化范圍盡量大,只需更換一個定值電阻即可,若有四個阻值分別為2.0 kΩ,8.0 kΩ, 14.0 kΩ,20.0 kΩ的定值電阻可供選擇,他應(yīng)選用阻值為　　　　 kΩ的定值電阻. 解析:(1)與電流表A串聯(lián)的電阻箱R0電阻為R0=UIg-RA=121.210-3 Ω- 100 Ω=9 900 Ω. (2)閉合開關(guān)S前應(yīng)先將滑動變阻器滑片調(diào)到最左端. (3)根據(jù)歐姆定律得I=U+RRxUR0+RA=1+RRxR0+RAU,圖像的斜率k=1+RRxR0+RA,由數(shù)學知識可得k=7.202.8010-4.代入數(shù)據(jù)解得Rx≈3.2 kΩ. (4)測量量程為0～1 V、內(nèi)阻約2 kΩ電表內(nèi)阻,則此電壓表的最大電壓為1 V,最大電流為I1=U1R1.定值電阻與電壓表串聯(lián),電源電壓為8 V,所以定值電阻最大電壓為 7 V,最大電流為I1,則定值電阻R=U2I1=U2U1R1= U2U1R1=712 kΩ=14.0 kΩ. 所以應(yīng)選用阻值為14.0 kΩ的定值電阻. 答案:(1)9 900　(2)左 (3)1+RRxR0+RAU　3.2(3.0～3.3均可)　(4)14.0 6.(2018安徽二模)(15分)LED綠色照明技術(shù)已經(jīng)走進我們的生活.某實驗小組要精確測定額定電壓為3 V的LED燈正常工作時的電阻,已知該燈正常工作時電阻大約500 Ω,電學符號與小燈泡電學符號 相同. 實驗室提供的器材有: A.電流表A1(量程為0至50 mA,內(nèi)阻RA1約為3 Ω) B.電流表A2(量程為0至3 mA,內(nèi)阻RA2=15 Ω) C.定值電阻R1=697 Ω D.定值電阻R2=1 985 Ω E.滑動變阻器R(0至20 Ω)一個 F.電壓表V(量程為0至12 V,內(nèi)阻RV=1 kΩ) G.蓄電池E(電動勢為12 V,內(nèi)阻很小) F.開關(guān)S一個 (1)如圖所示,請選擇合適的器材,電表1為　　　　,電表2為　　　,定值電阻為　　　　.(填寫器材前的字母編號) (2)將采用的電路圖補充完整. (3)寫出測量LED燈正常工作時的電阻表達式Rx=　　　　(填字母),當表達式中的　　　　(填字母)達到　　　　,記下另一電表的讀數(shù)代入表達式,其結(jié)果為LED燈正常工作時電阻. 解析:(1)由電表2、一定值電阻和LED燈連接關(guān)系,可知電表2與一定值電阻串聯(lián)后可測LED燈的電壓,將電流表和定值電阻之間組合可發(fā)現(xiàn)定值電阻R2和電流表A2兩者組合,可測得的最大電壓為3 mA (15 Ω+1 985 Ω)=6 V,因為LED燈的額定電壓為3 V,所以使用定值電阻R2和電流表A2與LED燈并聯(lián)較為合理,這樣使指針的偏角正好合適.LED燈的額定電流大約為3V500Ω=6 mA,因為電表1測量該支路的電流,可以發(fā)現(xiàn)使用電壓表V來測電流較為合理,可測得的最大電流為12V1kΩ= 12 mA.綜上所述,電表1為F,電表2為B,定值電阻為D. (2)連接電路圖,其中滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法,如圖所示. (3)根據(jù)歐姆定律,可得LED兩端的電壓為I2(R2+RA2),流過LED燈的電流為URV-I2,所以LED燈正常工作時的電阻表達式Rx=I2(R2+RA2)URV-I2.LED燈的額定電壓為 3 V,要使LED燈兩端的電壓為3 V,需使I2=3V15Ω+1 985Ω=1.5 mA,此時所測得的Rx為LED燈正常工作時的電阻. 答案:(1)F　B　D　(2)見解析圖 (3)I2(R2+RA2)URV-I2　I2　1.5 mA 7.(2018北京海淀區(qū)二模)(15分)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中,小燈泡的規(guī)格為“3.0 V,0.5 A”,實驗電路如圖1所示.現(xiàn)備有下列器材: A.電流表A(量程0～0.6 A,內(nèi)阻約0.1 Ω) B.電壓表V(量程0～3 V,內(nèi)阻約3 kΩ) C.滑動變阻器R1(0～5 Ω,3.0 A) D.滑動變阻器R2(0～100 Ω,1.25 A) E.電源E(電動勢為3.0 V,內(nèi)阻不計) F.開關(guān)S和若干導線 (1)為了調(diào)節(jié)方便,滑動變阻器應(yīng)選用　　　　(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母). (2)請根據(jù)圖1中的電路,用筆畫線代替導線,將圖2中的器材連接成完整的實驗電路.(不要改動已連接的導線) (3)測得通過小燈泡的電流與加在它兩端的電壓數(shù)據(jù),如下表所示. 組數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0 0.20 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00 I/A 0 0.09 0.21 0.34 0.40 0.46 0.50 根據(jù)上表中實驗數(shù)據(jù),在圖3所示的坐標圖上作出該燈泡的I-U圖線.由圖線發(fā)現(xiàn)在電流I增大過程中,小燈泡電阻　　　　(選填“減小”“不變”或“增大”). (4)由I-U圖線可知,小燈泡兩端電壓為2.4 V時的實際功率是　　　　W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字). 解析:(1)為方便實驗操作,滑動變阻器應(yīng)選擇C. (2)根據(jù)電路圖連接實物圖,實物圖如圖(甲)所示. (3)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標系內(nèi)描出對應(yīng)點,然后根據(jù)描出的點作出圖像如圖(乙)所示. 由圖像可知,隨電流I增大電壓U增大,且電壓與電流的比值增大,即燈泡電阻增大; (4)由圖像可知,當U=2.4 V時,I=0.48 A,燈泡實際功率P=UI=2.4 0.48 W≈1.2 W. 答案:(1)C　(2)見解析圖(甲) (3)圖像見解析圖(乙)　增大　(4)1.2