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第2讲电学实验与创新1.(2018青海西宁二模)(14分)要测量某种合金的电阻率.(1)若合金丝长度为L,直径为D,阻值为R,则其电阻率=.用螺旋测微器测合金丝的直径如图(甲)所示,读数为mm.(2)图(乙)是测量合金丝阻值的原理图,S2是单刀双掷开关.根据原理图在图(丙)中将实物连线补充完整.(3)闭合S1,当S2处于位置a时,电压表和电流表的示数分别为U1=1.35 V,I1=0.30 A;当S2处于位置b时,电压表和电流表的示数分别为U2= 0.92 V,I2=0.32 A.根据以上测量数据判断,当S2处于位置(选填“a”或“b”)时,测量相对准确,测量值Rx= .(结果保留两位有效数字)解析:(1)金属丝电阻R=UI=LS=L(D2)2,则电阻率=RD24L;由图示螺旋测微器可知,其示数为0.5 mm+15.00.01 mm=0.650 mm;(2)如图所示(3)电流表内阻较大、分压明显,故接b位置时更加准确,即S2处于位置b,根据欧姆定律,则有Rx=0.920.32 =2.9 .答案:(1)RD24L0.650(2)见解析图(3)b2.92.(2018天津南开区二模)(14分)用如图所示的多用电表测量电阻,要用到选择开关T和两个部件P,Q.请根据下列步骤完成电阻测量:旋动部件,使指针对准电流的“0”刻线.将T旋转到电阻挡“100”的位置.将插入“+”“-”插孔的表笔短接,旋动部件,使指针对准电阻的(填“0刻线”或“刻线”).将两表笔分别与待测电阻相接,发现指针偏转角度过小.为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,并按的顺序进行操作,再完成读数测量.A.将T旋转到电阻挡“1k”的位置B.将T旋转到电阻挡“10”的位置C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接D.将两表笔短接,旋动合适部件,对电表进行校准某同学用该多用电表测量一个量程为3 V的电压表的内阻,他选择了电阻挡“100”并进行了正确的操作.测量时指针位置如图所示,得出电压表内阻为3.00103 ,此时电压表的指针也偏转了.已知多用电表欧姆挡表盘中央刻度值为“15”,表内电池电动势为1.5 V,则电压表的示数应为V(结果保留两位有效数字).解析:旋动机械调零旋钮P,使指针对准电流的“0”刻线.将插入“+”“-”插孔的表笔短接,旋动欧姆调零旋钮Q,使指针对准电阻的0刻线.将两表笔分别与待测电阻相接,指针偏转角度过小,说明所选挡位太小,为准确测量电阻阻值,应将T旋转到电阻挡“1k”的位置,然后进行欧姆调零,然后再测电阻阻值,故正确操作为ADC.欧姆表的内电阻等于中值电阻,R=15100 =1 500 ;电压表的内电阻RV=3 000 ;故电压表读数为U=IRV=ER+RVRV=1.51 500+3 0003 000 V=1.0 V.答案:PQ0刻线ADC1.03.(2018江苏一模)(14分)锂电池具有能量密度大、重量轻、寿命长、绿色环保等优点,已得到了广泛应用.图(甲)为某国产手钻内的可充电的锂电池,该电池标称电动势为12 V.某实验小组想测定它的电动势和内电阻.同学们上网查得该电池的内电阻很小,大约只有几十毫欧.他们从实验室找到了两个开关S1和S2、一个双量程电压表V(03 V,015 V,内阻约几千欧)以及一个电阻箱(99.999 ,精度 0.001 ).并设计了如图(乙)所示的电路.接着完成了以下的实验 步骤:a.按图(乙)所示电路连接实物电路;b.保持开关S2断开,闭合开关S1,读出电压表示数U1;c.把电阻箱调到适当的阻值,再闭合开关S2,此时电压表的示数U2如图(丁)所示,电阻箱R的示数如图(戊)所示;d.记下实验数据,并计算出锂电池的电动势和内电阻;e.实验完毕,整理实验器材.请完成下列问题:(1)请用笔画线,按图(乙)电路图将图(丙)中实物电路连接好.(2)根据图(丁)和图(戊)可知U2=V、R=.(3)如果步骤b中测得U1=12.5 V,根据以上测量数据可以计算出该电池的电动势E=V,内电阻r=.(4)请提出该小组操作中不当或可以改进的地方: .解析:(1)画出按图(乙)电路图所示的实物图,如图所示.(2)根据图(丁)和图(戊)可知:电压表读数为U2=10.5 V电阻箱读数为R=0.504 .(3)设电压表内阻为RV,如果步骤b中测得U1=12.5 V,根据闭合电路欧姆定律可得U1=RVRV+rE因为RVr,则RVRV+r1故有E=U1=12.5 V根据闭合电路欧姆定律可得E=U2R(R+r)将U2=10.5 V,R=0.504 以及E=12.5 V代入可得内阻r=ERU2-R= 0.096 .(4)该小组操作中只测了两组数据,误差较大,故可以改变电阻箱的阻值,重新进行测量,测多组数据取平均值或用图像处理数据,来使实验结果更精确.答案:(1)见解析图(2)10.50.504(3)12.50.096(4)改变电阻箱的阻值,重新进行测量,测多组数据取平均值或用图像处理数据4.(2018黑龙江大庆二模)(14分)现有一个阻值大约为20 的电阻,为了更精确地测量其电阻,实验室给出了以下器材:电流表G1(050 mA,内阻r1=3 )电流表G2(0100 mA,内阻r2=1 )定值电阻R1(R1=150 )定值电阻R2(R2=15 )滑动变阻器R(05 )干电池(1.5 V,内阻不计)开关S及导线若干(1)某同学设计了如图(甲)所示的电路图,其中A,B一个为被测电阻、一个为定值电阻,请问图中电阻(填“A”或“B”)为被测电阻,定值电阻应选(填“R1”或“R2”).(2)若某次测得电流表G1,G2的示数分别为I1,I2.则被测电阻的大小为(用已知和测量物理量的符号表示).(3)若通过调节滑动变阻器,该同学测得多组I1,I2的实验数据,根据实验数据做出I1,I2的图像如图(乙)所示,并求得图像的斜率k=1.85,则被测电阻的大小为 (保留三位有效数字).解析:(1)G1和定值电阻A串联相当于电压表,两电流表读数之差可测出流过被测电阻B的电流,从而计算出被测电阻B的阻值.故图中电阻B为被测电阻.为使两电流表偏转比例相近,两支路电阻应相近,则定值电阻应选R2.(2)被测电阻的电流I=I2-I1,被测电阻的电压U=I1(r1+R2),则被测电阻的阻值R=I1(r1+R2)I2-I1.(3)由R=I1(r1+R2)I2-I1可得I2=(1+r1+R2R)I1;对比图像可得1+r1+R2R=k=1.85,解得R=3+150.85 21.2 .答案:(1)BR2(2)I1(r1+R2)I2-I1(3)21.25.(2018四川宜宾模拟)(14分)某同学想测量一个量程为03 V,内阻约3 k的电压表V的内阻Rx,所用的实验器材有:待测电压表V;电流表A(量程01.2 mA,内阻为RA=100 );滑动变阻器R1(0500 );定值电阻R=5.0 k;电阻箱R0(09 999.9 );电源E(电动势8 V,内阻较小);开关一个、导线若干.(1)要把电流表A改为量程012 V的电压表,应与电流表A串联的电阻箱R0电阻调为 ;(2)按如图(a)所示电路连接好电路,将电阻箱阻值按照上述第(1)问计算结果调节好,闭合开关S前应先将滑动变阻器的滑片调到最(选填“左”或“右”)端.实验中,多次调节滑动变阻器,记下电压表V的示数U和电流表A的示数I;(3)该同学以I为纵坐标,U为横坐标建立坐标系,根据测得数据描点作图如图(b)所示.由电路图可知I与U的关系式为I=(用题中所给物理量符号表示),结合图线(b)和已知数据可求得待测电压表内阻Rx=k;(结果保留2位有效数字)(4)该同学还想利用图(a)电路,测量一量程为01 V、内阻约2 k的电压表内阻,为保证实验中的测量数据变化范围尽量大,只需更换一个定值电阻即可,若有四个阻值分别为2.0 k,8.0 k, 14.0 k,20.0 k的定值电阻可供选择,他应选用阻值为 k的定值电阻.解析:(1)与电流表A串联的电阻箱R0电阻为R0=UIg-RA=121.210-3 -100 =9 900 .(2)闭合开关S前应先将滑动变阻器滑片调到最左端.(3)根据欧姆定律得I=U+RRxUR0+RA=1+RRxR0+RAU,图像的斜率k=1+RRxR0+RA,由数学知识可得k=7.202.8010-4.代入数据解得Rx3.2 k.(4)测量量程为01 V、内阻约2 k电表内阻,则此电压表的最大电压为1 V,最大电流为I1=U1R1.定值电阻与电压表串联,电源电压为8 V,所以定值电阻最大电压为 7 V,最大电流为I1,则定值电阻R=U2I1=U2U1R1= U2U1R1=712 k=14.0 k.所以应选用阻值为14.0 k的定值电阻.答案:(1)9 900(2)左(3)1+RRxR0+RAU3.2(3.03.3均可)(4)14.06.(2018安徽二模)(15分)LED绿色照明技术已经走进我们的生活.某实验小组要精确测定额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻,已知该灯正常工作时电阻大约500 ,电学符号与小灯泡电学符号 相同.实验室提供的器材有:A.电流表A1(量程为0至50 mA,内阻RA1约为3 )B.电流表A2(量程为0至3 mA,内阻RA2=15 )C.定值电阻R1=697 D.定值电阻R2=1 985 E.滑动变阻器R(0至20 )一个F.电压表V(量程为0至12 V,内阻RV=1 k)G.蓄电池E(电动势为12 V,内阻很小)F.开关S一个(1)如图所示,请选择合适的器材,电表1为,电表2为,定值电阻为.(填写器材前的字母编号)(2)将采用的电路图补充完整.(3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx=(填字母),当表达式中的(填字母)达到,记下另一电表的读数代入表达式,其结果为LED灯正常工作时电阻.解析:(1)由电表2、一定值电阻和LED灯连接关系,可知电表2与一定值电阻串联后可测LED灯的电压,将电流表和定值电阻之间组合可发现定值电阻R2和电流表A2两者组合,可测得的最大电压为3 mA (15 +1 985 )=6 V,因为LED灯的额定电压为3 V,所以使用定值电阻R2和电流表A2与LED灯并联较为合理,这样使指针的偏角正好合适.LED灯的额定电流大约为3V500=6 mA,因为电表1测量该支路的电流,可以发现使用电压表V来测电流较为合理,可测得的最大电流为12V1k= 12 mA.综上所述,电表1为F,电表2为B,定值电阻为D.(2)连接电路图,其中滑动变阻器应采用分压接法,如图所示.(3)根据欧姆定律,可得LED两端的电压为I2(R2+RA2),流过LED灯的电流为URV-I2,所以LED灯正常工作时的电阻表达式Rx=I2(R2+RA2)URV-I2.LED灯的额定电压为 3 V,要使LED灯两端的电压为3 V,需使I2=3V15+1 985=1.5 mA,此时所测得的Rx为LED灯正常工作时的电阻.答案:(1)FBD(2)见解析图(3)I2(R2+RA2)URV-I2I21.5 mA7.(2018北京海淀区二模)(15分)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,小灯泡的规格为“3.0 V,0.5 A”,实验电路如图1所示.现备有下列器材:A.电流表A(量程00.6 A,内阻约0.1 )B.电压表V(量程03 V,内阻约3 k)C.滑动变阻器R1(05 ,3.0 A)D.滑动变阻器R2(0100 ,1.25 A)E.电源E(电动势为3.0 V,内阻不计)F.开关S和若干导线(1)为了调节方便,滑动变阻器应选用(请填写选项前对应的字母).(2)请根据图1中的电路,用笔画线代替导线,将图2中的器材连接成完整的实验电路.(不要改动已连接的导线)(3)测得通过小灯泡的电流与加在它两端的电压数据,如下表所示.组数1234567U/V00.200.501.001.502.003.00I/A00.090.210.340.400.460.50根据上表中实验数据,在图3所示的坐标图上作出该灯泡的I-U图线.由图线发现在电流I增大过程中,小灯泡电阻(选填“减小”“不变”或“增大”).(4)由I-U图线可知,小灯泡两端电压为2.4 V时的实际功率是W(结果保留两位有效数字).解析:(1)为方便实验操作,滑动变阻器应选择C.(2)根据电路图连接实物图,实物图如图(甲)所示.(3)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后根据描出的点作出图像如图(乙)所示.由图像可知,随电流I增大电压U增大,且电压与电流的比值增大,即灯泡电阻增大;(4)由图像可知,当U=2.4 V时,I=0.48 A,灯泡实际功率P=UI=2.40.48 W1.2 W.答案:(1)C(2)见解析图(甲)(3)图像见解析图(乙)增大(4)1.2
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