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- 2021-05-26 发布
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高考总复习
设计类实验——设计方案变通拓展
[例3] 某电池的电动势约为3 V,某实验小组要测量该电池的电动势和内阻。
(1)实验中要测量的电池内阻较小,实验器材除了被测电池以外,还有一电阻箱R,一开关S,若干导线,内阻Rg=30 Ω、量程为1 mA的电流表G,阻值为2 970 Ω的定值电阻R0,阻值为2.00 Ω的定值电阻R1。请设计并画出合理的测量该电池电动势及内阻的实验电路图,图中标明相关器材的字母符号。
(2)为了比较准确地得出实验结论,该小组的同学准备用线性图象来处理实验数据,图象的纵坐标表示电流表的示数I,横坐标表示的物理量是________。
(3)若作出的图象在纵轴上的截距为I0,图象斜率的绝对值为k,则可求得该电池的电动势E=________,内阻r=________。(用测量量和所给量的符号表示)
[解题指导] (1)题目中给出了电阻箱和电流表,由于电流表的量程太小,若要改装成大量程的电流表,需要并联的电阻很小,题中所给条件不能满足实验要求,若要改装成一个量程为3 V的电压表,需要串联一个电阻,U=Ig(Rg+R′),U为改装后电压表的量程,R′为串联电阻,代入数据得3 V=1×10-3A×(30 Ω+R′),解得R′=2 970 Ω。因此用R0与电流表串联可以改装成量程为3 V的电压表,这样就可以用“伏阻法”测电池的电动势和内阻。由于电池内阻较小,电路中应串联一个保护电阻,增大等效电源的内阻。电路图如图。
(2)由闭合电路欧姆定律得E=I(Rg+R0)+(R1+r),得I=-(R1+r),因此横坐标表示的物理量应是。
(3)由题意得I0=,R1+r=k,解得E=I0(Rg+R0),r=k-R1。
[答案] (1)如解析图所示
(2) (3)I0(Rg+R0) k-R1
策略点评:(1)若给定的电表量程太大或太小,并且给出了定值电阻的阻值,往往要对电表进行改装。
(2)若题中给出了某一电流表或电压表的内阻,往往预示着可将电表“反串”使用。
[链接高考]
3.(2018·全国卷Ⅰ·T23)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25~80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25
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高考总复习
℃时的阻值)为900.0 Ω;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表(量程150 mV);定值电阻R0(阻值20.0 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9 Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。
图(a)
实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2t的数据见下表。
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题:
(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端;
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2t曲线;
图(b)
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图(c)
(3)由图(b)可得到RT在25~80 ℃范围内的温度特性。当t=44.0 ℃时,可得RT=________ Ω;
(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为________ Ω,则手心温度为________℃。
[解析] (1)题图(a)的电路中滑动变阻器采用限流接法,在闭合S1前,R1应该调节到接入电路部分的阻值最大,使电路中电流最小,即题图(a)中R1的滑片应移到b端。(2)将t=60 ℃和t=70 ℃对应的两组数据画在坐标图上,然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2t曲线。(3)根据题述实验过程可知,测量的R2的数据等于对应的热敏电阻RT的阻值。由画出的R2t曲线可知,当t=44.0 ℃时,对应的RT=450 Ω。(4)由画出的R2t曲线可知,当RT=620.0 Ω时,手心温度t=33.0 ℃。
[答案] (1)b
(2)如图
(3)450
(4)620.0 33.0
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