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- 2021-06-02 发布
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1.在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准,待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm。
(1)用螺旋测微器测量金属丝直径,其中某次测量结果如图所示,其读数应为____ mm(该值接近多次测量的平均值)。
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx,实验所用器材为:电池组(电动势为3 V,内阻约为1 Ω),电流表(内阻约为0.1 Ω),电压表(内阻约为3 kΩ),滑动变阻器R(0~20 Ω,额定电流为2 A),开关,导线若干。
某同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.00
1.50
1.70
2.30
I/A
0.020
0.060
0.160
0.220
0.340
0.460
0.520
由以上实验数据可知,他测量Rx是采用图中甲和乙中的图________(选填“甲”或“乙”)。
(3)如图是测量Rx的实验器材实物图,图中已经连接好了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端,请根据图中所选的电路图,补充完成实物图的连线。
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图所示,图中已经标出了与测量数据相对应的四个点,请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线,由图线得到金属丝的阻值Rx=________ Ω(保留两位有效数字)。
(5)根据以上数据可估算出金属丝的电阻率约为______(填选项前的序号)。
A.1×10-2 Ω·m B.1×10-3 Ω·m C.1×10-6 Ω·m D.1×10-8 Ω·m
【答案】(1)0.399 mm(2)甲(3)见解析(4)4.4 Ω(4.4~4.6均可)(5)1×10-6 Ω·m
(4)Rx== Ω=4.4 Ω。(4.4~4.6均可)
(5)C 由Rx=ρ得ρ=,代入数据得ρ≈1×10-6 Ω·m。
3.为了更准确地测量某电压表的内阻RV(RV约为3.0×103 Ω),该同学设计了图所示的电路图,实验步骤如下:
A.断开开关S,按图连接好电路;
B.把滑动变阻器R的滑片P滑到b端;
C.将电阻箱R0的阻值调到零;
D.闭合开关S;
E.移动滑动变阻器R的滑片P的位置,使电压表的指针指到3 V位置;
F.保持滑动变阻器R的滑片P位置不变,调节电阻箱R0的阻值使电压表指针指到1.5 V位置,读出此时电阻箱R0的阻值,此值即为电压表内阻RV的测量值;
G.断开开关S。
实验中可供选择的实验器材有:
a.待测电压表
b.滑动变阻器:最大阻值2 000 Ω
c.滑动变阻器:最大阻值10 Ω
d.电阻箱:最大阻值9 999.9 Ω,阻值最小改变量为0.1 Ω
e.电阻箱:最大阻值999.9 Ω,阻值最小改变量为0.1 Ω
f.电池组:电动势约6 V,内阻可忽略
g.开关、导线若干
按照这位同学设计的实验方法,回答下列问题:
(1)要使测量更精确,除了选用电池组、导线、开关和待测电压表外,还应从提供的滑动变阻器中选用________(填“b”或“c”),电阻箱中选用________(填“d”或“e”)。
(2)电压表内阻RV的测量值R测和真实值R真相比,R测________R真(填“>”或“<”=;若RV越大,则越________(填“大”或“小”)。
【答案】(1)d(2)> 小
(2)由闭合电路欧姆定律可知,随着电阻箱的阻值变大,电源两端的路端电压随之变大,当电阻箱调至使电压表半偏时,此时电压表与变阻箱两端的总电压比变阻箱阻值为0时要大,故此时变阻箱的实际分压是大于电压表的,故有R测>R真,外电阻越大,干路电流越小,当外电阻变化时,路端电压的变化量越小,故测量误差也越小。
4.用伏安法测定电阻约为5 Ω的均匀电阻丝的电阻率,电源是两节干电池。如图甲所示,将电阻丝拉直后两端固定在带有刻度尺的绝缘底座的接线柱上,底座的中间有一个可沿电阻丝滑动的金属触头P,触头上固定了接线柱,按下P时,触头才与电阻丝接触,触头的位置可从刻度尺上读出。实验采用的电路原理图如图乙所示,测量电阻丝直径所用螺旋测微器如图丙所示。
(1)用螺旋测微器测电阻丝的直径时,先转动________使测微螺杆F接近被测电阻丝,再转动________夹住被测物,直到棘轮发出声音为止,拨动______使F固定后读数。(填仪器部件的字母符号)
(2)根据电路原理图乙,用笔画线代替导线,将实物图丁连接成实验电路。
(3)闭合开关后,滑动变阻器触头调至一合适位置后不动,多次改变P的位置,得到几组U、I、L的数据,用R=计算出相应的电阻值后作出R-L图线如图所示。取图线上两个点间数据之差ΔL和ΔR,若电阻丝直径为d,则电阻率ρ=________。
【答案】(1)D H G (2)见解析(3)
(2)
(3)根据R=ρ,得ΔR=ρ,而S=,代入得ρ=。
5.为测定一段金属丝的电阻率ρ,某同学设计了如图甲所示的电路。ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝,电路中的保护电阻R0=4.0 Ω,电源的电动势E=3.0 V,电流表内阻忽略不计,滑片P与电阻丝始终接触良好。
(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示,其示数为d=________ mm。
(2)实验时闭合开关,调节滑片P的位置,分别测量出每次实验中aP长度x及对应的电流值I,实验数据如下表所示:
x(m)
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
I(A)
0.49
0.43
0.38
0.33
0.31
0.28
(A-1)
2.04
2.33
2.63
3.03
3.23
3.57
①将表中数据描在-x坐标纸中,如图所示。试作出其关系图线,图象中直线的斜率的表达式k=________(用题中字母表示),由图线求得电阻丝的电阻率ρ为________ Ω·m(保留两位有效数字)。
②根据-x关系图线纵轴截距的物理意义,可求得电源的内阻为________ Ω(保留两位有效数字)。
【答案】(1)0.400 mm(2)①见解析 1.1×10-6 Ω·m ②1.4 Ω
根据图象由电阻定律可得R=ρ,由欧姆定律可得:R=,则图象斜率k=,S=联立解得:k==代入数据得:k==3联立解得电阻率为:ρ=代入数据得:ρ≈1.1×10-6 Ω·m;
②根据-x关系图线纵轴截距为1.8,此时待测电阻丝的电阻为0,由闭合电路欧姆定律得:E=I(r+R0)即:3=(r+4.0)得:r=1.4 Ω
6.小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣,于是用伏安法测量其电阻值。
(1)图是部分连接好的实物电路图,请用电流表外接法完成接线并在图中画出。
(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性,并将得到的电流、电压数据描到U-I图上,如图所示。在图中,由电流表外接法得到的数据点是用_____(填“○”或“×”)表示的。
(3)请你选择一组数据点,在图上用作图法作图,并求出这段铅笔芯的电阻__ Ω。
【答案】(1)见解析(2)见解析(3)1.6 Ω(1.5~1.7均可)【解析】(1)连线如图甲所示。
(3)在U-I图象上,选用外接法所得的“×”连线,则R==1.2 Ω(1.1~1.3均可),选用内接法所得的“○”连线,则R==1.6 Ω(1.5~1.7均可)。
7.现要测量电流表G1的内阻,给出下列器材:电流表G1,量程5 mA,内阻r1约为150 Ω;电流表G2,量程10 mA,内阻r2约为100 Ω;定值电阻R1=100 Ω 定值电阻R2=10 Ω;滑动变阻器R3,0~200 Ω;干电池E,1.5 V,内阻未知;单刀单掷开关S 导线若干
(1)定值电阻选________________;
(2)如图所示,在虚线框中已画出部分实验电路设计图,请补充完整,并标明所用器材的代号;
(3)若选测量数据中的一组计算r1,所用的表达式为r1=_______,式中各符号的意义是_______________________。
【答案】(1)R1(2)见解析(3) I1、I2分别表示电流表G1、G2的读数,R1表示定值电阻R1的阻值
【解析】(1)若选R2,则其阻值太小,电流过大,而R1与G1内阻相当,故选R1。
(2)电路图如图所示。G2的示数-G1的示数为通过R1的电流值。
(3)由并联电路特点得:I1r1=R1(I2-I1)r1= I1、I2分别表示电流表G1、G2的读数,R1表示定值电阻R1的阻值。
8.电学实验中经常需要测量电阻的阻值。
(1)测电阻的方法有很多种,现在提供一只标有“220 V 40 W”的灯泡,它正常工作时的电阻为________ Ω。若用多用电表欧姆挡来测量这只灯泡的电阻,则测出的电阻值________(填“大于”“等于”或“小于”)灯泡正常工作时的电阻值。
(2)用下列器材设计一个实验,测量该灯泡正常工作时的电阻值。
A.220 V交流电源
B.单刀双掷开关一个
C.电阻箱一个,0~999.9 Ω,额定电流0.5 A
D.定值电阻一个,0.5 kΩ,额定电流0.3 A
E.交流电流表一个,0~0.3 A
请在虚线框内画出电路原理图。
【答案】(1)1 210 Ω 小于 (2)见解析
(2)应用替代法.因电阻箱的最大阻值小于灯泡正常工作的电阻值,故应串联一定值电阻,电路原理图如图所示。
9.电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍.某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:
待测电压表,量程3 V,内阻约为3 000 Ω;
电阻箱R0,最大阻值为99 999.9 Ω;
滑动变阻器R1,最大阻值100 Ω,额定电流2 A;
电源E,电动势6 V,内阻不计;开关2个,导线若干。
(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整,如图。
(2)根据设计的电路,写出实验步骤:__________________________。
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV′,与电压表内阻的真实值RV相比,RV′____RV(填“>”、“=”或“<”),主要理由是_________________。
【答案】(1)见解析(2)见解析(3)> 断开S2,调节电阻箱R0使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大
(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0,使电压表的指针半偏,读取电阻箱的电阻值,此即为测得的电压表内阻。
10.有一根细长且均匀的空心金属管线,长约30 cm,电阻约为5 Ω,已知这种金属的电阻率为ρ,现在要尽可能精确测定它的内径d。
(1)用螺旋测微器测量金属管线外径D时刻度的位置如图a所示,从图中读出外径为________ mm,应用________(选填“厘米刻度尺”或“毫米刻度尺”)测金属管线的长度L;
(2)测量金属管线的电阻R,为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材:
A.电压表0~3 V,内阻约10 kΩ
B.电压表0~15 V,内阻约50 kΩ
C.电流表0~0.6 A,内阻约0.05Ω
D.电流表0~3 A,内阻约0.01 Ω
E.滑动变阻器,0~10 Ω
F.滑动变阻器,0~100 Ω
要求较准确地测出其阻值,电压表应选______,电流表应选_________,滑动变阻器应________;(填序号)
(3)实验中他的实物接线如图b所示,请指出接线中的两处明显错误。
错误1:___________________________________________________________________
错误2:______________________________________________ ___________________
(4)用已知的物理常数和应直接测量的物理量(均用符号表示),推导出计算金属管线内径的表达式d=______________;
(5)在实验中,下列说法正确的是________。
A.为使电流表读数明显,应使电流尽可能大些
B.为操作方便,中间过程可保持开关S一直处于闭合状态
C.千分尺的精确度是千分之一毫米
D.用千分尺测量直径时必须估读一位
【答案】(1)5.200 毫米刻度尺(2)A C E(3)错误1:导线连接在滑动变阻器的滑片上;错误2:采用了电流表内接法(4)(5)D
(2)由于两节干电池的电动势为3 V,所以电压表应选A;由于通过金属管的最大电流为Im== A=0.6 A,所以电流表应选C;为了较准确地测出其阻值,滑动变阻器应选E。
(3)由于待测金属管阻值远小于电压表内阻,所以电流表应用外接法,连线图中的两处明显错误分别是:
错误1:导线连接在滑动变阻器的滑片上;错误2:采用了电流表内接法。
(4)设金属管线内径为d,根据电阻定律应有:R=,又R=,联立可得:d=
(5)由金属的电阻率随温度的升高而增大可知,通过待测金属管线的电流不能太大,所以A错误;为减小温度的影响,中间过程应断开开关,所以B错误;千分尺的精确度是0.01 mm,即应精确到毫米,所以C错误;千分尺读数时必须估读一位,即估读到0.001 mm,所以D正确。
11.如图是一同学测量某导电液体电阻率的实物连线图。图中均匀的长直玻璃管内径为d,里面充满待测导电液体,玻璃管两端各装有一电极,电极距离为L。
(1)根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图,其中导电液体用电阻Rx表示.
(2)在接通电路前,为保证器材安全滑动变阻器的滑片P应移到最________端(填“左”或“右”)。在电路调试时,该同学发现:闭合开关S1后,单刀双掷开关S2接到a接点时电压表示数为4.5 V、电流表示数为180 μA;单刀双掷开关S2接到b接点时电压表示数为4.6 V、电流表示数为164 μA.正式测量时,为减小实验误差,单刀双掷开关S2应接到________点(填“a”或“b”)
(3)该同学正确完成实验,测得该段液体的电阻R0,则该导电液体的电阻率的表达式为ρ=____________(用R0、L、d等表示)。
【答案】(1)如图所示(2)右 b (3)
(2)接通电路前为保证电路的安全,应使滑动变阻器接入电路中的电阻最大,即滑片应移到最右端。
分别使用内接法和外接法时电流表示数变化大,电压表示数变化小,说明电流表对示数影响较小,即电流表内阻远小于被测电阻,为减小误差应当采用电流表内接法,故接b点。
(3)根据欧姆定律R=、电阻定律ρ=及S=π()2可得电阻率ρ=。
12.某些固体材料受到外力后除了产生形变外,其电阻率也要发生变化,这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。现用如图的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应,已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧,实验室中有下列器材:
A.电源E,3 V,内阻约为1 Ω
B.电流表A1,0.6 A,内阻r1=5 Ω
C.电流表A2,6 A,内阻r2约为1 Ω
D.开关S,定值电阻R0
(1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值,根据虚线框内电路图的设计,甲表选用________(选填“A1”或“A2”),乙表选用________(选填“A1”或“A2”)。
(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向),闭合开关S,记下电表读数,A1的读数为I1,A2的读数为I2,得Rx=________(用字母表示)。
(3)改变力的大小,得到不同的Rx值,然后让力反向从下向上挤压电阻,并改变力的大小,得到不同的Rx值,最后绘成的图象如图所示。当F竖直向下(设竖直向下为正方向)时,可得Rx与所受压力F的数值关系是Rx=_______________。(各物理量单位均为国际单位)
(4)定值电阻R0的阻值应该选用________________。
A.1 Ω B.5 Ω C.10 Ω D.20 Ω
【答案】(1)A1 A2 (2) (3)16-2F (4)B
(2)待测电阻两端的电压U=I1r1,流过待测电阻的电流I=I2-I1,因此待测电阻的阻值为Rx=.
(3)由图象的对称性可知,加上相反的压力时,电阻值大小相等;图象与纵坐标的交点为16 Ω,当R=7 Ω时,对应的力为4.5 N,因此函数表达式Rx=16-2F。
(4)整个回路总电流不能大于0.6 A,而电动势为3 V,因此总电阻应略大于5 Ω,而电源内阻约为1 Ω,因此定值电阻R0的阻值应选5 Ω,即可保证电流不超过量程,也保证电流不太小,两块电流表读数准确。