教案12 电学实验(有答案)

电学实验一、 电流表的内外接选择例题1（p62）. 一个未知电阻，无法估计其电阻值，某同学用伏安法测量其电阻，采用图(a)(b)两种电路各测一次.用(a)电路所测数据为3.0 V、3.0 mA，用(b)电路所测数据为2.9 V、4.0 mA，由此可知，用_图测得的Rx误差较小，测量值Rx=_.练习：现要测定一个额定电压为4V、额定功率为1.6W的小灯泡的伏安特性曲线要求所测电压的范围为0.1V4V现有器材：直流电源E（电动势为4.5V，内阻不计）、电压表（量程为4.5V，内阻约4104）、电流表（量程为250mA，内阻约2）、电流表（量程为500mA，内阻约1）、滑动变阻器R（最大阻值约30）、开关S和导线若干如果既要满足测量要求，又要使测量误差较小，应该选用的电流表是_.在如图甲、乙所示的两个电路中，应该选用的是_.二、 滑动变阻器的限流分压接法选择例题2（p63）. 有一个电阻Rx，其阻值为20 左右，现要更精确地测量其电阻，手边现有器材如下：A电源E（电动势12.0V，内阻0.5 ）； B电压表（0315 V，内阻大于3 k）； C电流表（00.63 A，内阻小于1 ）； D滑动变阻器R1（010 ，2.0 A）； E滑动变阻器R2（01 750 ，0.3 A）； F开关S和导线若干。(1)滑动变阻器应选用_（填“R1”或“R2”）。连接电路时，电压表的量程应选_V，电流表的量程应选_A。(2)请在方框中画出实验电路图。练习：1. 有一小灯泡上标有“6V、0.1A”字样现要测量该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材可供选择：A、电压表（05V，内阻2K）B、电压表（010V，内阻3K）C、电流表（00.3A，内阻2）D、电流表（06A，内阻15）-E、滑动变阻器（30，2A）F、滑动变阻器（100，0.5A）实验中所用的电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_（填写器材的表示符号）画出电路图，要求电压从0开始调节逐渐增大2. 某同学在探究规格为“6 V，3W”的小电珠伏安特性曲线实验中： （1）在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至_档进行测量。（填选项前的字母） A直流电压10 VB直流电流5 mA C欧姆100 D欧姆1 （2） 该同学采用图甲所示的电路进行测量。图中R为滑动变阻器(阻值范围020 ，额定电流1.0 A)，L 为待测小电珠，V为电压表(量程6 V，内阻20 k)，A为电流表(量程0.6 A，电阻1 )，E为电源(电动势8V，内阻不计)，S为开关。I在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最_端；（填“左”或“右”） 在实验过程中，已知各元器件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是_点至_点的导线没有连接好；（图甲中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图甲中的数字，如“2 点至3点”的导线） 该同学描绘出小电珠的伏安特性曲 线示意图如图乙所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而_。（填“不变”、“增大”或“减小”）3. 某同学测量阻值约为25k的电阻Rx，现备有下列器材：A电流表（量程100 A，内阻约为 2 k）；B电流表（量程500 A，内阻约为300 ）；C电压表（量程15 V，内阻约为100 k）；D电压表（量程50 V，内阻约为500 k）；E直流电源（20 V，允许最大电流1 A）；F滑动变阻器（最大阻值1 k，额定功率1 W）；G电键和导线若干。电流表应选 ，电压表应选 （填字母代号）该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的两个问题：（1） （2） 答案：电流表应选 B，电压表应选 C。（填字母代号）（1）电流表应采用内接的方法；（2）滑动变阻器应采用分压器方式的接法 。由于电源电动势为20V,电阻为25K，最大电流为0.8mA，所以电流表量程选择较大的0.5mA，电压表量程选择15V即可，由于待测电阻与电压表内阻相当，电流表选择内接法，由于滑动变阻器总电阻与待测电阻小得多，所以选择分压连接比较好 4. 太阳能是一种清洁、“绿色”能源，在我国上海举办的2010年世博会上，大量利用了太阳能电池，太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件。某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时（没有储存电能）的I-U特性所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干。（1） 为了达到上述目的，请将图1连成一个完整的实验电路图（2） 该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图2的I-U图像，由图可知，当电压小于2. 00V时，太阳能电池的电阻_（填“很大”或“很小”）；当电压为280V时，太阳能电池的电阻约为_。 5. 2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，以表彰他们对石墨烯的研究。他们最初是用透明胶带从石墨晶体上“粘”出一片石墨烯的，我们平常所用的铅笔芯中就含有石墨，能导电，某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验，得到如下数据（I和U分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压）：实验室提供如下器材： A电流表A1（量程0.6A，内阻约为1.0） B电流表A2（量程3A，内阻约为0.1）C电压表V1（量程3V，内阻3k） D电压表V2（量程15V，内阻15k）E滑动变阻器R1（阻值010，额定电流2A）F滑动变阻器R2（阻值02k，额定电流0.5A）（1）除长约14cm的中华绘图2B铅笔芯、稳压直流电源E（6V）、开关和带夹子的导线若干外，还需选用的其它器材有_（填选项前字母）； （2）在虚线方框中画出实验电路图； （3）根据表格中数据在坐标纸上画出铅笔芯的I-U图线。6. 某研究性学习小组为了研究手中电器元件电阻特性，描绘出电器元件伏安特性曲线，该学习小组在实验室中测量出多组电压和电流值，数据记录在下表中：现实验室中备有下列器材： 电压表V1（量程0一3V，内阻约10k）电压表V2（量程0一15V，内阻约50k）电流表A1（量程0一50mA，内阻约40）电流表A2（量程0一200mA，内阻约10）滑动变阻器R1（0一15，额定电流1A）滑动变阻器R2（0一1k，额定电流100mA）电源E（电动势4V，内阻不计）开关S和导线若干 （1） 请根据表中的实验数据，在给出的方格纸内作出I一U图线；（2）通过分析可以得出该电器元件电阻特性：_； （3）为提高实验结果的准确程度，从题中选出该同学实验时所用的器材：电流表为_（填A1或A2），电压表为_（填V1或V2），滑动变阻器为_（填R1或R2）；（4）为达到上述目的，请补充画出正确的实验电路实物图。 三、 测定电阻率例题1. 在做“测定金属丝的电阻率”的实验中，若待测电阻的丝的电阻约为5，要求测量结果尽量准确，提供以下器材供选择： A电池组（3V，内阻约1） B电流表（03A，内阻0.0125） C电流表（00.6A，内阻约0.125） D电压表（03V，内阻4K）E电压表（015V，内阻15K） F滑动变阻器（020，允许最大电流1A） G滑动变阻器（02000，允许最大电流0.3A）H开关、导线若干（1）实验时应从上述器材中选用_（填写仪器前字母代号）。（2）测电阻时，电流表、电压表、待测电阻Rx在组成测量电路时，应采用安培表_接法，测量值比真实值偏_（选填“大”或“小”）。（3）若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图，则读数为_mm。（4） 若用L表示金属丝的长度，d表示直径，测得电阻为R，请写出计算金属丝电阻率的表达式=_。答案：（1）ACDFH（2）外，小（3）0.900（4）练习：1. 在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx(阻值约4 ，额定电流约0.5 A)；电压表：V(量程3 V，内阻约3 k)；电流表：A1(量程0.6 A，内阻约0.2 )；A2(量程3 A，内阻约0.05 )；电源：E1(电动势3 V，内阻不计)；E2(电动势12 V，内阻不计)；滑动变阻器：R(最大阻值约20 )；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为_mm.若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选_、电源应选_(均填器材代号)，在虚线框内完成电路原理图四、 测电源电动势和内阻例题1（实验原理）. 在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用的电流表和电压表的内阻分别约为0.1和1k实验原理图1和所需器材的实物图2如下试按原理图在实物图中画线连接成实验电路一位同学在实验中记录的6组数据如上表所示，试根据这些数据在图3中画出U-I图线根据图线可读出被测电池的电动势E=_V，内电阻r=_练习：1. 某同学采用如图甲所示的电路测定电源电动势和内电阻，已知干电池的电动势约1.5V，内阻约2，电压表（03V约3k），电流表（00.6A约1.0），滑动变阻器有R1（102A）和R2（1000.1A）各一只（1）实验中滑动变阻器应选用_（选填“R1”或“R2”）（2）在图乙中用笔画线代替导线连接实验电路（3）在实验中测得多组电压和电流值，得到如图丙所示的U-I图象，由图可较准确地求出电源电动势E=_V；内阻r=_故答案为：（1）R1；（2）连线如图；（3）1.48，1.88例题2（误差分析). 测量“水果电池”的电动势和内电阻:将一铜片和一锌片分别插入一只苹果内,就构成了简单的“水果电池”,其电动势约1.5 V,可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5 V、额定电流为0.3 A的手电筒的小灯泡.原因是流过小灯泡的电流太小了,经实验测得其值还不足3 mA.现用量程合适的电压表、电流表以及滑动变阻器、开关、导线等实验器材尽量精确地测定“水果电池”的电动势和内电阻.(1)若给出的滑动变阻器有两种规格:A(0-30 )、B(0-30 k).本实验中应该选用哪种规格的滑动变阻器(2)在实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值,经描点、连线得到U-I图象,如图11所示,根据图中所给数据,则“水果电池”的电动势与内电阻分别为E=_ V;r=_ .(3)若不计测量中的偶然误差,用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与真实值相比电动势E_(填“偏大”“相等”或“偏小”），内电阻r_(填“偏大”“相等”或“偏小”）.1. 在测干电池的电动势和内电阻的实验中，有图甲、图乙两个可供选择的电路，为了测量准确应该选用_电路进行实验，根据实验数据画出的U-I图线如图所示，则求得的电动势是_V，内电阻是_测量值与真实值相比E测_ E真； r测_ r真（填“”“=”或“”）2. 电动自行车现在已经成为人们时尚的代步工具，其中的电池是铅蓄电池，用三块或四块铅蓄电池联后给电动自行车供电某兴趣小组将一辆旧电动自行车的电池拆下后充满电，测量其中一块铅蓄电池的电动势和内阻（1）用多用电表直流电压50V挡测量该蓄电池的电动势，电表的指针如图甲所示，其读数为_V（2）用图乙所示的电路测量该蓄电池的电动势E和内阻r，图中R0为保护电阻，其阻值为5改变电阻箱的阻值R，测出对应的电流I，根据测量的数据作出该蓄电池的 1/1-R图线，如图丙所示由图线可求得该电池的电动势E=_V，内阻r=_（3）本实验中测得的电池内阻比真实值_（填“大”或“小”或“相等”）3. 某探究小组做“测定干电池的电动势和内电阻”的实验。他们设计了如图所示的甲、乙两个实验原理图，由于干电池的内电阻较小，为使测量结果比较准确，实验中应该选用图1中_所示的原理图。为了便于测量探究小组的付同学将一个R。=3.0的电阻与电池串联后再进行实验，图2为所需的实验器材，其中已连接一部分导线，请你按选中的实验原理图用笔画线代替导线把电路补画完整。根据付同学测得的数据，在U一I图中描出的点迹如图3所示，请在图中画出U一I图线，并利用图象得出干电池的电动势E=_V，内阻_。考虑电表本身电阻对测量结果的影响，实验所得的干电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较，E测_E真，r测_r真(填“”)。 4. 在测干电池的电动势和内电阻实验中，用电流表相对电源内接法得到图线如图2-10-16甲所示；又用电流表相对电源外接法得到如图2-10-16乙所示，分析计算电动势真实值为_V，内电阻真实值为_。例题3(测量电动势和内阻的其他方法). 在测量电动势和内阻的实验中，由于所用的电压表（视为理想电压表）的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路。（1） 实验时，应先将电阻箱的电阻调到_(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是_(选填“1”或“2”) (3) 根据实验数据描点，绘出的图象是一条直线若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E_，内阻r_.(用k、b和R0表示) 练习：1. 某同学甲到实验室做“探知电源电动势和内阻”的实验时，发现实验桌上还有一个定值电阻R0。他设计如图所示的电路来测量R0的阻值，实验时用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数，并将滑动变阻器的滑片P移动到不同位置时，记录U1、U2、I的一系列值。（1） 他在同一坐标分别作出U1I、U2I图线，则所作的直线斜率较大的是_；（2）定值电阻R0的计算表达式是：R0=_（用测得的物理量表示），若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得R0值_（填“大于”“等于”或“小于”）实际值；（3） 同学乙说：“在甲学所用的实验器材中，如果知道电流表的内阻rA，就能少用一个电压表测出电动势、内阻以及R0的值。请你在虚线框中画出乙同学设想的电路图，并写出简单实验步骤和E、rA、R0三个物理量的计算式。（1） U2I的图线（2），大于（3）电路图：（2） 实验步骤：a.按电路图连接好电路；b.闭合开关S，移动滑片P使滑动变阻器短路，测得两电表读数为U1、I1；c.移动滑片P使滑动变阻器不短路，测得两电表读数为U2、I2；d.整理器材，数据处理。计算公式：a. b. c.2. 某同学要测量一节旧电池的电动势和内阻，实验器材仅有一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线若干，该同学按图甲所示电路进行实验，测得的数据如下表所示实验次数12345R()4.010.016.022.028.0I(A)1.000.500.340.250.201/I(A1)1.02.03.04.05.0(1)若利用图象确定电池的电动势和内阻，则应作_(选填“RI”或“R”)图象；(2)利用测得的数据在图乙中坐标纸上画适当的图象；(3)由图象可知，该电池的电动势E_V，内阻r_；(4)利用实验电路测出的电动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比，理论上E测_E真，r测_r真(选填“”、“”或“”)答案：(1)R(2)图象见解析(3)6.02.0(4)解析：(1)由I得，REr，RI图象是曲线，不便于进行数据分析，R图象是直线，便于进行数据分析，误差较小，故应作R图象(2)图象如图所示(3)由图象可知图象的斜率等于电动势E6.0V，R轴上截距的绝对值电池内阻r2.0.(4)从理论上分析，应该考虑电流表的内阻，E测E真，r测r真3. 在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：A.待测的干电池(电动势约为1.5V，内电阻小于1.0)B.电流表G(满偏电流3mA，内阻Rg10)C.电流表A(00.6A，内阻0.1)D.滑动变阻器R1(020，10A)E.滑动变阻器R2(0200，1A)F.定值电阻R0(990)G.开关和导线若干(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图甲所示的(a)、(b)两个参考实验电路，其中合理的是_图所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选_(填写器材前的字母代号)(2)图乙为该同学根据(1)中选出的合理的实验电路，利用测出的数据绘出I1I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，则由图线可以得被测电池的电动势E_V，内阻r_.答案：(1)(b)D或R1(2) (1.480.02)0.77(0.750.80)4. 某同学利用如图甲所示电路测定电源电动势和内阻，实验中电表内阻对实验结果的影响很小，均可以忽略不计闭合电键S后，变阻器的滑动触头P由变阻器的一端滑到另一端的过程中，两电压表示数随电流变化情况分别如图乙中的直线a、b所示(1)将实物图中未连接的部分元件，按电路图连接成实验电路；(2)通过分析可知，图乙中直线_(填a或b)表示电压表示数与电流表示数变化的关系；(3)根据UI图象中坐标轴表示的数据，可求出电源电动势E_，内阻r_.答案：(1)如图所示 (2)a (3)解析：(1)先连接主干电路，然后将电压表并联在合适处(2) 电压表测量的是电源路端电压，图乙中直线a表示的是电源路端电压随电源输出电流变化的关系；电压表测量的是电阻R两端的电压，图乙中直线b表示的是电阻R两端电压随电流变化的关系(3) 由闭合电路欧姆定律可得EU1I1r，EU2I2r，两式联立消去r解得电源电动势E.电源路端电压随电源输出电流变化的关系图的斜率的绝对值表示电源内阻，所以r.5. 某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2的保护电阻R0，实验电路如图实甲所示，请回答下列问题：(1)按电路原理图甲连接实物电路图乙(2)连好电路后，该同学开始实验，闭合开关S后，他发现电流表的示数为零，电压表的示数不为零，他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b和b、c及d、e时，示数均为零，把两表笔接c、d时，其示数与电压表示数相同，检查各接线柱均未接错，且接触良好，各接线之间也未发生短路，由此可推断故障原因应是_(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测得下列五组数据：12345U/V1.601.401.201.000.80I/A0.130.200.270.330.40根据数据在图中坐标上画出UI图象，并求出该电池电动势E_V，r_.(4) 考虑电表本身电阻对测量结果的影响，分析造成本实验系统误差的原因是：_.答案：(1)实线连接见解析(2)滑动变阻器断路(3)1.970.91(4)电压表的分流解析：(1)如图所示(2)闭合开关S后，发现电压表的示数不为零，多用电表接cd之间时，其示数与电压表相同，说明电压表与电源之间、多用电表与电源之间形成闭合回路deabc处均不断路；又电流表的示数为零，不是短路故障，只能是滑动变阻器断路(3)电源的UI图象如图所示：从图象上取两点如U11.80V，I10.06A，U21.48V，I20.17A，利用全电路欧姆定律可得，E1.97V，r0.91.(4)在本实验中，由于电压表的分流作用，所以通过电源的电流大于电流表的示数，所以产生系统误差的原因是电压表的分流.6. 如图所示，在实验室里小王同学用电流传感器和电压传感器等实验器材测干电池的电动势和内电阻。改变电路的外电阻R，通过电压传感器和电流传感器测量不同阻值下电源的端电压和电流，输入计算机，自动生成UI图线,如图（1）所示。（1）由图可得干电池的电动势为_V，干电池的内电阻为_ ；（2）做完实验后，小王同学在上面的实验器材中去掉电压传感器，改变电路的外电阻R，通过电流传感器测量不同阻值下的电流，画出R1/I图线也可以求得电源的电动势和内电阻。请写出小王同学所作图象的函数关系式 。（3）现有一小灯泡，其UI特性曲线如图（2）所示，若将此小灯泡接在上述干电池两端，小灯泡的实际功率是 W。 (1)1.5V、2W，（2）RE/Ir，（3）0.27W（4分，其中作图27. 某同学利用电压表和电阻箱测定一种特殊电池的电动势 (电动势E大约在9V左右，内阻r约为50)，已知该电池 允许输出的最大电流为l50mA该同学利用如图(a)所示的电路进行实验，图中电压表的内阻约为2K，R为电阻箱阻值范围09999，R0是定值电阻，起保护电路的作用(1)实验室备有的定值电阻尺。有以下几种规格： A2 B20 C2OO D2000, 本实验应选 (填入相应的字母)作为保护电阻(2)在图(b)的实物图中，已正确地连接了部分电路，请完成余下电路的连接（图见答题纸）(3)该同学完成电路的连接后，闭合开关s，调节电阻箱的阻值；读取电压表的示数，其中电压表的某一次偏转如图(c)所示，其读数为_ (4)改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图(d)所示的图线，则根据该同学所作出的图线可求得该电池的电动势E为_V，内阻r为_(结果保留两位有效数字)(5)用该电路测电动势与内阻，测量和真实值的关系E测_E真，r测_r真(填“大于”、“小于”或“等于”)10.答案：（1）B （2）如图 （3）6.5V (4)10V; 50(5) 小于,小于17