2022届高考物理二轮复习 热点08 电学实验仪器选择问题
展开(1)、实验仪器的选择
根据实验原理和实验室条件选择仪器是进行正确测量的前提,一般遵循以下三原则:
①安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等。
②准确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来讲,精确程度够用即可,并不是精度越高越好。
③操作性原则:实验时需考虑调节方便,便于操作,如滑动变阻器的选择,既要考虑它的额定电流,又要考虑它的阻值范围,在二者都能满足实验要求的情况下,还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。
根据教学大纲及高考考核的要求,选择电学实验仪器主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器件,通常可以从以下三方面人手:
a.根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表.首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程.然后合理选择量程。务必使指针有较大偏转(一般取满偏的1/3-2/3左右),以减少测读的误差.
b.根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器.注意流过滑动变阻器的电流不超过它额定值.对高阻值的变阻器,如果滑动头稍有移动,使电流电压有很大变化的,不宜采用.
c.应根据实验的基本要求来选择仪器.对于这种情况.只有熟悉实验原理.才能做出恰当的选择.
对器材的选择的一般步骤是:
①找出唯一性的器材;
②草画电路图(暂不把电表接入);
③估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值);
④考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上。
※在“伏安法测电阻”和“伏安法测电池电动势和内电阻”的实验中,一般选用总阻值较小的滑动变阻器,前者可方便调节,后者可减少误差。
※①在滑动变阻器作限流作用时,为使负载RX既能得到较宽的电流调节范围,又能使电流变化均匀,选择变阻器时,应使其总电阻,R0大于RX,一般在2—5倍为好。
※②在滑动变阻器作为分压作用时,一般取滑动变阻器的总电阻R0在0.1RX—0.5RX之间为好。
(建议用时:30分钟)
1.某同学要研究一小灯泡L(3.6V,0.30A)的伏安特性,所用器材有∶
A.电流表A1(量程500mA,内阻Rg1=1.0Ω)
B.电流表A2(量程200mA,内阻Rg2=10.0Ω)
C.定值电阻R0(阻值R0=10.0Ω)
D.滑动变阻器R1(最大阻值100Ω)
E.滑动变阻器R2(最大阻值10Ω)
F.电源E(电动势4.5V,内阻很小)
G.开关S和若干导线
(1)请在图中画出你设计的实验电路图,要求尽可能测量准确,请在图中注明所选仪器____。
(2)若I1、I2分别为流过电流表A1和A2的电流,利用I1、I2、Rg2和R0写出∶小灯泡两端的电压U=________。
(3)为保证小灯泡的安全,I2不能超过____mA。
(4)实验时,调节滑动变阻器,使开关闭合后两电流表的示数为零。逐次改变滑动变阻器滑片位置并读取相应的I1和I2,所得实验数据在下表中给出。根据实验数据可算得,当I2=144mA时,灯丝电阻R=____Ω(保留1位小数)。
【答案】 180 10.3
【解析】
(1)由于没有电压表,该同学需要用电流表A2和电阻R0串联改装成量程较为合适的电压表,滑动变阻器采用分压式接法,应该选择最大阻值较小的,有利于数据的测量,该同学设计的电路如图所示
(2)并联电路两端电压相等,根据图示电路图可知,由欧姆定律可知,灯泡两端电压
(3) 小灯泡的额定电压为3.6V,I2的最大值
I2不能超过180mA。
(4) 由表中数据可知,I2=144mA时,I1=424mA;由欧姆定律可知,此时灯泡电阻
2.一只电流表的表盘刻度清晰,但刻度值污损。某同学要测量其内阻,除了待测电流表之外,实验室提供的器材如下:
A.电压表V(量程为3V)
B.电阻箱R0(0~9999.9Ω)
C.滑动变阻器R1(最大阻值为20Ω,额定电流为1A)
D.滑动变阻器R2(最大阻值为500Ω,额定电流为1A)
E.电源(电动势约为9V,内阻约为1Ω)
F.开关一个、导线若干
(1)如果采用如图所示的实验电路,选用的滑动变阻器为_______(填“R1”或“R2”)。
(2)连接好实验电路,在闭合开关S前将滑动变阻器的滑片调到_______(填“a”或“b”)端,电阻箱的阻值调至最大。闭合开关S,调节滑动变阻器和电阻箱,使电流表指针满偏,记录电压表的读数U和电阻箱的阻值R'。
(3)保持电流表的指针满偏,调节滑动变阻器、电阻箱的阻值,记录多组实验数据,绘出的U-R'图象是一条直线。若直线的斜率为k,在U坐标轴上的截距为b,则该电流表的量程为_______,内阻为_______。(用k、b表示)
【答案】 R1 a k
【解析】
(1)图甲的滑动变阻器是分压式接法,为了便于操作,用选用最大阻值较小的滑动变阻器R1;
(2)闭合开关前,为了保证电表安全,应将滑动变阻器R1的滑片置于图中的a端;
(3)设电流表的满篇电流为I,则有
U-R'图象是一条直线若直线的斜率为
是通过R'的电流,即电流表的满偏电流,则该电流表的量程为k;
在U坐标轴上的截距是R'为零时电流表两端的电压,所以电流表的内阻为
3.某实验小组设计了如图甲所示的电路,先测量未知电阻阻值,再利用图乙所示电路测量电源的电动势及内阻。实验室提供的器材如下:
电流表(量程,内阻为);
电流表(量程,内阻为);
定值电阻(阻值);
定值电阻(阻值);
滑动变阻器(阻值范围);
电阻箱(阻值范围);
待测电阻(电阻约);
电源E(电动势约为,内阻约)
开关S,导线若干。
(1)图甲中为使测量更准确,电阻A应选___________(填或)。
(2)实验小组在某次实验中,测得,则待测电阻___________。
(3)测电源电动势和内阻时,图乙中电阻B选择___________(填或),某实验小组通过处理实验数据,作出了电阻B的阻值R与电流表示数的倒数之间的关系图象如图丙所示,则电源电动势___________V,内阻___________。
【答案】 R2 50Ω R4 4.3V 41.5Ω
【解析】
(1)由于电流表A1的内阻为r1=10Ω,可以将电流表A1改装成电压表,如果串联一个R2=190Ω的电阻,则改装成的电压表量程为
所以电阻A应选R2
(2)根据欧姆定律可得
(3)根据题意可知要求读取电阻数据,所以电阻B应选电阻箱R4
根据闭合电路的欧姆定律可得
解得
图象的斜率表示电动势,则
当R=0时,,代入解得
r=41.5Ω
4.为测量一节干电池的电动势和内阻,实验小组的同学从实验室借来如下器材:
电流表A:量程为,内阻约为;
毫安表G;量程为,内阻等于;
电阻:阻值为;
电阻:阻值为;
电阻:阻值为;
滑动变阻器:最大阻值约为,额定电流为;
滑动变阻器:最大阻值约为,额定电流为;
开关S和导线若干。
根据实验器材,实验小组设计连接的实物电路如图1所示,则
(1)根据实物电路可知,该实验小组实验时滑动变阻器选择___________,保护电阻选择________,定值电阻R选择_________。
(2)移动滑动变阻器的滑片,测量多组电流表A的示数和毫安表G的示数,绘制出如图2的图线,则该实验小组测量电源的电动势为________V,内阻为_________。
【答案】 1.48() 0.46()
【解析】
(1)干电池内阻较小,可选用量程较小的滑动变阻器,方便实验操作故选R4;
干电池电压大约1.5V,保护电阻不能让电路电流超电流表量程,即假设电流最大,电流表最大量程是数值为0.6A,由
电路总电阻大概2.5Ω,所以保护电阻要选R1;
定值电阻要和毫安表G组合成一个电压表,且此电压表的最大量程接近干电池电压1.5V,则由改装电压表的原理可知
可得
明显接近于R2的阻值,故选R2
(2)由图象可知,把r+R0看成一整体内阻,电源的U−I图象与纵轴的交点坐标值为1.48,则电源电动势E=1.48V,且
则整理计算
5.在“测定金属的电阻率”的实验中,某同学进行了如下操作:
(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的金属丝的有效长度l,再用螺旋测微器测量金属丝的直径D。某次测量结果如图1所示,则这次测量的读数D=___________mm。
(2)为了合理选择实验方案和器材,首先使用欧姆表(1挡)粗测拟接入电路的金属丝的阻值R。欧姆调零后,将表笔分别与金属丝两端连接。某次测量结果如图2所示,则这次测量的读数R=___________Ω。
(3)使用电流表和电压表准确测量金属丝的阻值。为了安全、准确、方便地完成实验,除电源(电动势为4V,内阻很小)、待测电阻丝、导线、开关外,电压表应选用___________,电流表应选用___________,滑动变阻器应选用___________(选填器材前的字母)。
(4)若采用图3所示的电路测量金属丝的电阻,电压表的左端应与电路中的___________点相连(选填“a”或“b”)。若某次测量中,电压表和电流表读数分别为U和I,请用上述直接测量的物理量(D、l、U、I)写出电阻率ρ的计算式:ρ=___________。
(5)若采用图4的电路测量电阻率,图中的电流表内阻跟R0接近。闭合开关S,多次移动滑片P的位置改变电路中接入金属丝的有效长度,分别记录每次电流表的示数I和接入电路中金属丝的有效长度L。根据实验中所测的数据,作出的下列图像合理的是___________。
A. B.
C. D.
【答案】 0.517±0.02 3 A C E b BC
【解析】
(1)螺旋测微器的读数为:固定刻度读数+可动刻度读数分度值=0.5mm+。
(2)欧姆表读数为:表盘刻度倍率=3=。
(3)由于电源电动势为4V,内阻很小,所以电压表选择电压表V2(量程3V,内阻约3kΩ),则选A。
待测电阻约3,电路的总电流最大值约1A左右,所以电流表采用电流表A1(量程600mA,内阻约1Ω)则选C。
电路中电阻较小,滑动变阻器采用限流式接法,为了方便调节,采用滑动变阻器R1(总阻值10Ω,额定电流2A),所以选E。
(4)根据大内小外规律可知采用伏安法外接法来测量电路,所以电压表的左端应与电路中的b点相连。
电阻率为
(5)根据闭合电路欧姆定律有
整理可得
则有
, ,
所以BC正确;AD错误;
故选BC。
6.某实验小组测量约十几欧的电阻Rx的阻值。
(1)先用多用电表粗测Rx的阻值。将选择开关旋到“×1”电阻挡,红黑两表笔短接,调节图甲中___________(选填“A”、“B”或“C”),发现指针最大偏角位置如图乙所示,同学们认为此现象可能是表内电池电动势减小造成的。取出多用电表内的电池(标称的电动势为9V),用直流电压10V挡测得该电池两端的电压为7.1V。
(2)为较准确测出该电池的电动势E和电阻Rx的阻值,实验器材如下:
A.电流表A(量程0.6A,内阻约0.2Ω)
B.电压表V(量程3V,内阻为3.0kΩ)
C.定值电阻R0(阻值6.0kΩ)
D.滑动变阻器R1
E.滑动变阻器R2
F.开关S、导线若干
用图丙所示的电路进行实验,将R2的滑片移至最右端,R1的滑片移至最左端,闭合开关S,接下来的正确操作顺序___________
①将R1的滑片移至最右端
②将R2的滑片移至最左端
③改变R1的阻值,读出多组电压表U和电流表I的示数
④改变R2的阻值,读出多组电压表U和电流表I的示数
(3)该组同学在测量电阻Rx阻值的过程中,电压表示数U和相应电流表示数I记录如下表。请根据表中数据在图丁中作出U-I图线___________
由图线可知,电阻Rx的阻值为___________Ω(结果保留两位有效数字)
(4)上述实验中,电压表的内阻对电阻Rx的测量结果___________影响,电流表的内阻对电池电动势的测量结果___________影响(均选填“有”或“无”)。
【答案】 C ④①②③ 15 有 无
【解析】
(1)欧姆调零时,两表笔短接后,应调节欧姆调零旋钮,即图中的C。
(2)由前面的操作可知,先测量电源电动势,所以接下来通过改变R2的阻值,读出多组电压表U和电流表I的示数,作图即可得到电源电动势;为了电路安全,先将R1的滑片移至最右端,然后将R2的滑片移至最左端,再改变R1的阻值,来测量Rx的阻值。故操作顺序为④①②③。
(3)图像为
电阻Rx的电压为电压表读数的3倍,所以阻值为
(4)因为电压表分流导致电流表测量结果偏大,所以电压表的内阻对电阻Rx的测量结果有影响。
测电动势时,利用图像的纵截距表示电源电动势,此时电流表示数为零,电压表测出了此时的真实路端电压,所以电流表内阻对测量电动势没有影响。I1/mA
171
229
299
379
424
470
I2/mA
32
55
85
125
144
173
A.电压表V2(量程3V,内阻约3kΩ)
B.电压表V1(量程15V,内阻约15kΩ)
C.电流表A1(量程600mA,内阻约1Ω)
D.电流表A2(量程3A,内阻约0.02Ω)
E.滑动变阻器R1(总阻值10Ω,额定电流2A)
F.滑动变阻器R2(总阻值100Ω,额定电流2A)
U/V
1.00
1.40
1.81
2.20
2.39
2.80
I/A
0.20
0.28
0.36
0.44
0.48
0.56
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