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- 2021-06-02 发布
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电学实验
[A级-对点练]
1.(2020·河北衡水中学高考模拟)学校物理兴趣小组为探究多用电表欧姆挡的原理,决定自己动手设计一个可以测量电阻的装置.手边的器材有:干电池组,电流计A,电阻箱,待测电阻Rx.其中电流计刻度盘刻线清晰,但是读数已经模糊.
(1)小组成员先将电池组与电流计A进行串联,电路两端分别接好表笔,如图1所示;将表笔短接,发现电流计指针刚好能够指在刻度盘最右端刻度处.
(2)将两表笔分别与电阻箱两接线柱相连,调节电阻箱,直到电流计指针指在刻度盘正中央,电阻箱示数如图2,则电阻箱接入电路的电阻值为________ Ω.
(3)用待测电阻Rx代替电阻箱接入两表笔之间,电流计指针指示如图3所示,则可知待测电阻Rx=________ Ω.(保留到小数点后一位)
此次实验快结束时,有同学拿来一块内阻为2 803 Ω的电压表,将所设计装置的两表笔正确接在电压表的两接线柱上,电压表示数为2.8 V,可以推知实验中使用的电池组的电动势为________ V(保留到小数点后一位).
解析:(2)根据图2可知,电阻箱接入电路的电阻值为R=9×10 Ω+7×1 Ω=97 Ω.
(3)设电流计满偏电流为Im,短接时,根据闭合电路欧姆定律得=Im,接入电阻箱时有=Im,接入电阻Rx时有=Im,解得Rx=48.5 Ω,r=97 Ω.当两表笔正确接在电压表的两接线柱上时,根据闭合电路欧姆定律得E=U+r=2.8 V+×97 V≈2.9 V.
答案:(2)97 (3)48.5 2.9
2.(2020·广东省惠州市第三次调研)如图甲为多用电表的电路原理图.已知选用的电流表内阻Rg=10 Ω、满偏电流Ig=10 mA,当选择开关接3时为量程250 V的电压表.该多用电表表盘如图乙所示,下排刻度均匀,C为上排刻度线的中间刻度,由于粗心,上排刻度线对应数值没有标出.
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(1)若指针指在图乙所示位置,选择开关接1时其读数为________;选择开关接3时其读数为________.
(2)为了测该多用电表欧姆挡的电阻和表内电源的电动势,某同学在实验室找到了一个电阻箱,设计了如下实验:
①将选择开关接2,红黑表笔短接,调节R1的阻值使电表指针满偏;
②将多用电表红黑表笔与电阻箱相连,调节电阻箱使多用电表指针指在C处,此时电阻箱如图丙所示,则C处刻度应为________.
③计算得到多用电表内电池的电动势为________ V.(保留2位有效数字)
解析:(1)选择开关接1时测电流,其分度值为0.2 mA,示数为6.9 mA;选择开关接3时测电压,其分度值为5 V,其示数为173 V;
(2)②由题图丙所示电阻箱可知,电阻箱示数为0×1 000 Ω+1×100 Ω+5×10 Ω+0×1 Ω=150 Ω;③由题图乙所示可知,指针指在C处时,电流表示数为5 mA=0.005 A,C处电阻为中值电阻,则电表内阻为150 Ω,电源电动势E=I(R+R内)=0.005×(150+150) V=1.5 V.
答案:(1)6.9 mA 173 V(171~175 V均可)
(2)②150 ③1.5
3.(2019·江苏卷,11T)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率.实验操作如下:
(1)螺旋测微器如图所示.在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,再旋动________(选填“A”“B”或“C”),直到听见“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏.
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(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径.
(3)题图2甲中Rx为待测电阻丝.请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入题图2乙图实物电路中的正确位置.
(4)为测量Rx,利用图2甲图所示的电路,调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值,作出的U1-I1关系图像如图3所示.接着,将电压表改接在a、b两端,测得5组电压U2和电流I2的值,数据见下表:
U2/V
0.50
1.02
1.54
2.05
2.55
I2/mA
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
请根据表中的数据,在方格纸上作出U2-I2图像.
图3
(5)由此,可求得电阻丝的Rx=________Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率.
解析:(1)在测量时,为了不损坏被测物体,最后也改用微调旋钮即C,直到听见“喀喀”的响声;(2)为了减小测量误差,应选用电阻丝不同位置进行多次测量;(3)按照原理图,将实物图连线如图1.
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(4)将表格中各组数据在坐标纸上描出,再连成一条直线,如图2.
当电压表按甲图连接时,电压表测的电压为Rx,R0的电压之和,当电压表接在a、b间时,电压表测的电压为R0的电压,由图可得:Rx+R0= Ω=49 Ω,R0= Ω=25.5 Ω,所以Rx=23.5 Ω.
答案:(1)C (2)不同 (3)(见图1) (4)(见图2) (5)23.5(23.0~24.0都算对)
4.(2019·贺州二模)要精确测量国产某手机的锂聚合物电池的电动势和内阻,给定了下列实验器材:
A.待测电源(电动势约3.8 V,内阻约1 Ω)
B.电流表A1(量程0.6 A,内阻未知)
C.电压表V1(量程15 V,内阻r1=5 kΩ)
D.电压表V2(量程3 V,内阻r2=3 kΩ)
E.定值电阻(R1=500 Ω)
F.定值电阻(R2=1 000 Ω)
G.滑动变阻器R(阻值范围0~20 Ω)
H.滑动变阻器R(阻值范围0~100 Ω)
I.开关及导线
(1)该实验中电压表应选_______,定值电阻应选_______,为操作方便滑动变阻器应选_________.(填选项前面的序号)
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(2)在方框中画出实验电路图.
(3)若将滑动变阻器滑到某一位置,读出此时电压表读数为U,电流表读数为I,测得多组数据后作出UI图像,若图像的纵截距为b,斜率的绝对值为k,忽略电压表的分流作用,则电动势E=__________,电源内阻r=________.(这两空要求用题目给的符号r1、r2、R1、R2及k,b表示)
解析:(1)由题意可知,电源电压为3.8 V;若采用15 V的电压表,量程太大,则测量结果不准确;而采用3 V的电压表,则量程太小,不过可以串联电阻分压来扩大量程;故电压表应选用D;采用电阻与电压表串联的方式后,总量程与电阻成正比;则若选用500 Ω的定值电阻,改装后量程为×3 V=3.5 V;仍小于电动势不适用;采用1 kΩ的电阻串联,则改装后电压表量程为:×3 V=4 V;故定值电阻选用F;因电源内阻较小,为了便于调节控制,应选择总阻值较小的G;
(2)本实验中电源内阻与电流表内阻相差不多,故电流表应采用外接法(相对于电源),故电路图为:
(3)根据闭合电路欧姆定律以及改装原理可知:
U=E-Ir
变形可得:
U=E-rI
则由图像可知:E=b
r=k
解得:E=b;r=k.
答案:(1)D F G (2)如解析图所示 (3)b k
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5.(2020·衡水模拟)因为“万能”,所以“多用”.多用电表是一种多功能、多量程的测量仪表.
(1)某次在使用多用电表进行测量时,指针的位置如图甲中的实线所示.若选择开关拨至“50 mA”挡,其测量结果为_______;若选择开关拨至欧姆“×1”挡,其测量的结果为________.
(2)(多选)在图甲所示的一次测量中,指针指在虚线所示位置.则下列说法中正确的是_________
A.若测量元件为电阻,为减小测量误差,应将选择开关调至欧姆“×1”挡
B.每次测量阻值不同的电阻时,都必须重新机械调零
C.若测量元件为二极管,则a端为二极管的正极
D.无论用多用电表进行何种测量(限于直流),电流都应该从“-”插孔流入多用电表
(3)图乙为某种型号多用电表电阻挡内部原理示意图,已知电流计内阻为Rg,电池内阻为r.某同学用其电阻挡测电阻时进行如下操作:先闭合开关S,将红、黑表笔分开时,调节可变电阻,当可变电阻接入电路的阻值为R时电流表满偏;再将Rx接入A、B表笔之间时电流计指针指在表盘的正中央,则待测电阻Rx的阻值为__________.(用含R、r、Rg的式子表示).
解析:(1)若选择开关拨至“50 mA”挡,由图甲所示表盘可知,其分度值为1 mA,所测电流为:23.0 mA;若选择开关拨至欧姆“×1”挡,电阻的大小R=18×1 Ω=18 Ω.
(2)在图甲所示的一次测量中,指针指在虚线所示位置,指针偏转的角度较大,可知电阻较小,选择较小的挡位进行测量,即将选择开关调至欧姆“×1”挡,故A正确.测量不同的电阻时,不需要重新机械调零,故B错误.
若该元件为二极管,由于电阻较小,电流正向流入,即电流从负孔流出,a为二极管的正极,故C正确.多用电表测量电流、电压时,电流从正孔流入多用表,测电阻时,电流从负孔流出多用表,故D错误.故选:A、C.
(3)当Rx未接入时,闭合开关S,将红、黑表笔分开时,调节可变电阻,使电流表满偏,由闭合电路欧姆定律得:Ig=,当Rx接入A、B表笔之间时,若电流表的指针指在表盘的正中央,由欧姆定律得:Ig=×,解得Rx=.
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答案:(1)23.0 mA 18 Ω (2)AC (3)
6.(2019·全国卷Ⅰ)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表.该同学测得微安表内阻为1 200 Ω,经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接,进行改装.然后利用一标准毫安表,根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表).
(1)根据图(a)和题给条件,将图(b)中的实物连线.
(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时,微安表的指针位置如图(c)所示.由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值,而是________.(填正确答案标号)
A.18 mA B.21 mA
C.25 mA D.28 mA
(3)(多选)产生上述问题的原因可能是________.(填正确答案标号)
A.微安表内阻测量错误,实际内阻大于1 200 Ω
B.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1 200 Ω
C.R值计算错误,接入的电阻偏小
D.R值计算错误,接入的电阻偏大
(4)要达到预期目的,无论测得的内阻值是否正确,都不必重新测量,只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可,其中k=________.
解析:本题考查了电学实验中的电表改装的相关知识;考查了考生的实验能力、分析推理能力,体现了物理核心素养中的科学探究及科学态度与责任.
(1)本实验的目的是对电流表进行扩大量程的改装,故应将定值电阻R与微安表并联.实物连线如答案图所示.
(2)当标准毫安表示数为16.0 mA时,微安表示数为0.16 mA,故当微安表指针满偏时,测量的电流值应为25 mA,选项C正确.
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(3)出现上述现象的原因可能有两个:一是并联电阻R偏小;二是微安表内阻测量值偏小.故选A、C.
(4)设微安表内阻为R0,满偏电流为I0,改装成量程为I的电流表时并联电阻R=R0,故I=25 mA与I′=20 mA对应的并联电阻的关系为R′=R,代入数值得k==.
答案:(1)连线如图所示
(2)C (3)AC (4)
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