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- 2021-05-24 发布
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第17讲 电学实验
1．电流表内接法与外接法的比较
电流表内接法
电流表外接法
电路图
误差原因
电流表分压U测＝Ux＋UA
电压表分流I测＝Ix＋IV
电阻测量值
R测＝＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R测＝＝r真
E测r真
任何一种实验方法都要紧扣闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir.注意U、I是如何测量或得出的，明确变量与恒量，找到函数关系，化曲为直，获得直线方程．
例2 (2019·安徽安庆市期末调研监测)一同学测量某干电池的电动势和内阻．
(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路．请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处________；________.
(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见表：
根据表中数据，在方格纸上作出R－关系图象．
由图象可计算出该干电池的电动势为________ V；内阻为________ Ω.
R/Ω
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
I/A
0.15
0.17
0.19
0.22
0.26
/A–1
6.7
6.0
5.3
4.5
3.8
(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端．调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如图所示，则该干电池的电动势应为______ V；内阻应为________ Ω.
答案 (1)开关未断开 电阻箱阻值为零
(2)如图所示：
1．37(1.30～1.44均匀) 1.2(1.0～1.4均可)
(3)1.37(结果与(2)问第一个空格一致) 1.0(结果比(2)问第二个空格小0.2)
解析 (1)连接电路时电源应与电路断开，所以开关要断开；另一错误是电阻箱接入电路的电阻是零，这样容易烧坏电流表和电源．
(2)将数据描点连线，作出一条倾斜的直线，根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)得R＝E·－r，所以图线的斜率表示电源电动势E＝ V＝1.37 V，截距绝对值表示r＝0.4×3.0 Ω＝1.2 Ω；
(3)用电压表与电流表并联，可测得电流表的内阻RA＝＝ Ω＝0.2 Ω，考虑电表内阻对实验的影响，则E＝I(R＋RA＋r)，得R＝E·－(RA＋r)，所以图线的斜率仍表示电动势，电动势的准确值为1.37 V，图线的截距表示(RA＋r)，所以内阻精确值为r＝(1.2－0.2) Ω＝1.0 Ω.
拓展训练3 (2019·福建龙岩市质量检查)实验室备有下列器材，用于测量蓄电池的电动势和内电阻的实验．
A．待测蓄电池E：电动势约4 V，内阻约2 Ω
B．电压表V：量程0～3 V，内阻很大
C．电阻箱R：0～999.9 Ω
D．开关一只，导线若干
(1)用如图甲所示的电路进行实验，请用笔画线代替导线在实物图乙上完成电路连接；
(2)实验小组甲在实验中得到多组电压表示数U和电阻箱的阻值R，对所得数据进行处理后，
作出了－图线如图丙所示，则电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω；(计算结果均保留两位有效数字)
(3)实验小组乙在实验中发现电阻箱已损坏，为了能完成实验，实验小组乙从实验室中又找出一个开关及两个定值电阻，阻值分别为R1＝3 Ω和R2＝7 Ω，并结合原有器材完成了该实验．请在框内画出实验的电路图，并在图上注明所用定值电阻的符号．
答案 (1)如图(a)所示 (2)4.0 2.0 (3)如图(b)所示
电学创新实验，大都是在教材常规实验的基础上，进行重组、包装、拓展、创新，它们源于教材，但高于教材，解决这类创新实验时，应注意以下三点：
(1)无论哪个电学实验，不管怎么创新都离不开电路，离不开实验仪器的选取，电流表内、外接法的判断，滑动变阻器的分压电路与限流电路的分析．
(2)在解决设计型实验时，要注意条件的充分利用，如对于给定确切阻值的电压表和电流表，电压表可当成电流表使用，电流表也可当成电压表使用，利用这一特点，可以拓展伏安法测电阻的方法，如伏伏法、安安法等．
(3)对一些特殊电阻的测量，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计有其特殊性，即首先要注意到其自身量程对电路的影响，其次要充分利用其“自报电流”或“自报电压”的功能．因此，在测电压表内阻时，无须另并联电压表；测电流表内阻时，无须再串联电流表．
例3 (2019·教育绿色评价联盟4月模拟)小明想测额定电压为2.5 V的小灯泡在不同电压下的电功率，设计了如图甲所示的电路．
(1)在实验过程中，调节滑片P，电压表和电流表均有示数但总是调不到零，其原因是________的导线没有连接好(图中用数字标记的小圆点表示接线点，空格中请填写图中的数字，如“7点至8点”)；
(2)正确连好电路，闭合开关，调节滑片P，当电压表的示数达到额定电压时，电流表的指针如图乙所示，则电流为________ A，此时小灯泡的功率为________ W；
(3)做完实验后，小明发现在实验报告上漏写了电压为1.00 V时通过小灯泡的电流，但在草稿纸上记录了下列数据，你认为最有可能的是________．
A．0.08 A B．0.12 A C．0.20 A
答案 (1)1点到4点 (2)0.30 0.75 (3)C
解析 (1)1点到4点未连接好时，滑动变阻器处于限流式接法，电压和电流不能调节为0；
(2)由图可知电流为0.30 A；小灯泡功率P＝UI＝0.75 W；
(3)电压为2.5 V时，小灯泡电阻为R＝＝ Ω≈8.3 Ω；
由于热效应，电压为1.0 V时，小灯泡电阻小于8.3 Ω，根据欧姆定律I＝，电流大于
A≈0.12 A，即C选项正确．
拓展训练4 (2019·山西吕梁市第一次模拟)热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC)，某实验小组选用下列器材探究某热敏电阻R1的伏安特性．
A．电流表A(量程0～0.6 A，内阻为0.6 Ω)
B．电压表V(量程0～3.0 V，内阻约2 kΩ)
C．滑动变阻器R(最大阻值为10 Ω)
D．滑动变阻器R′(最大阻值为500 Ω)
E．电源E(电动势4 V，内阻较小)
F．开关、导线若干
(1)要求实验中改变滑动变阻器滑片的位置，使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大，
①请补充完成图甲中实物间的连线；
②其中应选择的滑动变阻器是________(填写器材前面的代号)．
(2)该小组测出热敏电阻R1的U－I图线如图乙中曲线Ⅰ，又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U－I图线如图中曲线Ⅱ，用电流表A和热敏电阻R1、R2测量某电池组的电动势和内阻，采用的电路如图丙，将单刀双掷开关接“1”，电流表A的示数如图丁，则通过R1的电流为________ A．将单刀双掷开关接“2”时测得通过R2的电流为0.60 A，则该电池组的电动势为________ V，内阻为________ Ω.(结果均保留两位有效数字)
答案 (1)①见解析图 ②C (2)0.40 3.0 2.9
解析 (1)①实物连线如图所示．
②为方便实验操作，滑动变阻器应选C；
(2)电流表量程为0～0.6 A，分度值为0.02 A，故读数为0.40 A；由曲线Ⅰ可知，电流为0.40 A时，R1两端的电压为1.6 V；当开关接2时，电流为0.60 A，由曲线Ⅱ可知，电流为0.60 A时，R2两端的电压为0.9 V；则由闭合电路欧姆定律可知：1.6＝E－0.40(r＋RA)，0.9＝E－0.60(r
＋RA)，联立解得：E＝3.0 V，r＝2.9 Ω.
例4 (2019·教育绿色评价联盟4月模拟)在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，实物连线后如图甲所示．感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图乙粗线所示．
(1)接通电源，闭合开关，G表指针会有大的偏转，几秒后G表指针停在中间不动．将滑动变阻器的触头迅速向右滑动时，G表指针________(“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)；迅速抽出铁芯时，G表指针________(“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)．
(2)断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把直流输出改为交流输出，其他均不变．接通电源，闭合开关，G表指针________(“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)．
(3)仅用一根导线，如何判断G表内部线圈是否断了？__________________________________.
答案 (1)左偏 右偏 (2)不停振动 (3)见解析
解析 (1)将滑动变阻器的触头向右滑动时，电路中电阻减小，从B端流入的电流增大，磁场增强，根据题图和楞次定律，电流应从A端流入线圈，G表指针左偏；迅速抽出铁芯时，磁场变弱，G表指针偏转应与之前相反，右偏．
(2)改为交流输出后，磁场在不停发生变化，根据楞次定律，感应磁场也在不停变化，G表指针不停振动．
(3)晃动G表，观察指针偏转程度；用导线将正负极短接，晃动G表，观察指针偏转程度，若两次偏转程度相同，短接以后偏转程度没有减小，则内部线圈已经断了．
拓展训练5 (2019·台州3月一模)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，已有下列图中器材及开关和导线若干．
(1)上述仪器中不需要的是________(填字母)，还需要的是________(填名称)．
(2)用匝数na＝100和nb＝200的变压器，当副线圈处于空载状态(没有接负载)时测量原、副线圈的电压，实验测量数据如下表：
U1/V
1.80
2.80
3.80
4.90
U2/V
4.00
6.01
8.02
9.98
根据测量数据可判断原线圈是________(填“na”或“nb”)．
(3)保持原线圈匝数和交流电压均不变，给副线圈接上小灯泡，实验发现，随着副线圈的匝数增加，小灯泡得到的电压反而减小，亮度减弱，可能的原因是________．
答案 (1)BC 学生电源(或低压交流电源)
(2)nb (3)副线圈匝数越多，线圈电阻越大，线圈内电压越大，输出电压降低
专题强化练
1．为了探究电磁感应现象，某实验小组将电池、线圈A、线圈B、滑动变阻器、灵敏电流计、开关按照如图所示的方式连接．当闭合开关时发现灵敏电流计的指针右偏．由此可知，
(1)当滑动变阻器的滑片P向右移动时，灵敏电流计的指针________(填“左偏”“不动”或“右偏”)；
(2)将线圈A拔出时，灵敏电流计的指针________(填“左偏”“不动”或“右偏”)，此时线圈A与线圈B中电流的绕行方向________(填“相同”或“相反”)．
答案 (1)右偏 (2)左偏 相同
2．在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系实验中，小李同学采用了如图所示的可拆式变压器(铁芯不闭合)进行研究
(1)实验还需下列器材中的____________；
(2)实验中，图中变压器的原线圈接“0；8”接线柱，副线圈接“0；4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0 V，则所接电源电压挡位为________．
A．18.0 V B．10.0 V C．5.0 V D．2.5 V
答案 (1)AD (2)A
3．(2019·稽阳联考)(1)小王同学测量干电池的电动势和内阻，他用如图甲所示的实验器材进行实验，其连接的部分实验电路图如图甲所示．为减小实验误差，实验中所用的滑动变阻器应选________(填字母代号)．
A．滑动变阻器(最大阻值20 Ω，额定电流1 A)
B．滑动变阻器(最大阻值200 Ω，额定电流2 A)
(2)请用细线代替导线，在图甲中完成实物连接．
(3)下列实验操作正确的是________．
A图甲电路闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于最左端
B．改变滑片位置，开关一直保持闭合，直至实验结束
C．改变滑片位置，读完电表读数后，立即断开开关
(4)连接好电路，小王检查无误后，闭合开关，开始实验．电流表指针如图乙所示，请读数并记录电流为________ A.
答案 (1)A (2)如图所示
(3)C (4)0.34
4．(2019·浙南名校联盟期末)在练习使用多用表的实验中，有如下操作：
(1)如图甲所示为多用电表的示意图，其中S、K、T为三个可调节的部件，现用多用表测量一阻值约为2 000 Ω的定值电阻，某些操作步骤如下：
①调节________(选填“S”或“T”)，使电表指针停在电流“0”刻度位置．
②将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，笔尖相互接触，调节部件________(选填“S”或“T”)，使电表指针停在欧姆“0”刻度位置．
(2)A、B两组同学用多用电表测量某型号白炽灯的灯丝电阻．A组按照规范的操作步骤测量，欧姆挡及指针位置如图乙、丙所示，则灯泡标称字样可能是( )
A．220 V 25 W
B．220 V 40 W
C．220 V 100 W
(3)其中一同学想直接使用多用电表测量一节标注为1.5 V的旧干电池电动势，应选直流电压________ V挡，读数如图丁所示，则该同学测得的电动势E＝________ V.
答案 (1)①S ②T (2)C (3)2.5 1.47(1.46～1.48均可)
5．(2019·浙南名校联盟高三期末)发光二极管具有单向导电性，正反向电阻相差较大．某实验小组要对一只二极管正向接入电路时的伏安特性曲线进行测绘探究．
(1)该二极管外壳的标识模糊了，同学们首先用多用电表的欧姆挡“×1 k”挡，两次实验情况如图甲所示，由此可知________(填“A”或“B”)端为二极管的正极．
(2)同学们想用伏安法测定该发光二极管的正向伏安特性曲线，设计了如图乙所示的电路图，
图乙中还漏接了一条电线，应将________(填A、B、C、D)两点用电线接好．
(3)实验过程中，电流表有一次的读数如图丙所示，其读数为________ A.
(4)图丁为多次测量得到的该发光二极管正向伏安特性曲线．已知该发光二极管的最佳工作电压为2.3 V，现用电动势为3 V，内阻为2 Ω的电源供电，需要串联一个电阻R才能使二极管工作在最佳状态，试估算电阻R的值约为________ Ω(结果保留两位有效数字)．
答案 (1)B (2)B、C (3)0.34 (4)2.7
6．(2019·超级全能生2月联考)某同学找到一块较新的电池，他想测量这块电池的电动势E和内电阻r，于是从实验室借到一个开关、一个电阻箱(0～99 999.9 Ω)、一只电流表(量程为0～0.6 A时的内阻rA＝0.1 Ω)和若干导线．
(1)该同学用上述器材连接好电路，如图甲所示，在开关闭合前进行检查，发现一处错误是________．
(2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录．当电阻箱的阻值R＝2.6 Ω时，其对应的电流表的示数如图乙所示，则其读数为________ A.
(3)处理实验数据时，该同学作了R－坐标图(如图丙)，图中已标注出了几个与测量值对应的坐标点，通过作图最后可得出这个电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω.(结果保留三位有效数字)．
答案 (1)电阻箱的电阻没有调到最大(指出图中接入电阻为0也得分)
(2)0.50 (3)1.52(1.48～1.54均可) 0.30(0.25～0.35均可)
解析 (1)由图甲知，此时电阻箱接入电路的阻值为0，闭合开关会导致电源短路．
(2)电流表量程为0.6 A，故读数为0.50 A.
(3)由闭合电路欧姆定律知E＝I(R＋rA＋r)，则R＝－(rA＋r)；用平滑直线将图丙中所有点连起来，如图所示，则E＝ V＝1.52 V，rA＋r＝0.40 Ω，即r＝0.30 Ω.
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