热点强化练11　电学实验强化训练

(时间：40分钟)

1.(2020·山东临沂市一模)在研究金属电阻阻值与温度的关系时，为了能够较准确地测出金属电阻的阻值，设计了如图1所示的电路。除了金属电阻Rx外，还提供的实验器材有：学生电源E，灵敏电流计G。滑动变阻器R、RS，定值电阻R1、R2，电阻箱R0，开关S，控温装置，导线若干。

图1

①按照电路图连接好电路后，将R0调至适当数值，R的滑片调至最右端。RS的滑片调至最下端，闭合开关S；

②把R的滑片调至适当位置，调节R0，并逐步减小RS的阻值，直到RS为零时，电流计G指针不发生偏转，记录R0的阻值和Rx的温度；

③多次改变温度，重复实验；

④实验完毕，整理器材。

根据上述实验回答以下问题：

(1)上述②中，电流计G指针不发生偏转时，a点电势________(选填“大于”“等于”或“小于”)b点电势。

(2)用R0、R1、R2表示Rx，Rx＝________。

(3)本实验中RS的作用为__________________________________________。

(4)若只考虑系统误差，用该方法测得的Rx的阻值______(选填“大于”“等于”或“小于”)Rx的真实值。

答案　(1)等于　(2)R0　(3)保护电流计　(4)等于

解析　当电流计指针不偏转时，没有电流流过电流计，电流计两端电势相等，即a点电势等于b点电势。电流计指针不偏转，没有电流流过电流计，电桥平衡，由此可知＝

解得Rx＝R0，本实验中RS的作用是保护电流计。若只考虑系统误差，用该方法测得的Rx的阻值等于Rx的真实值。

2.(2020·山东济南市第一次模拟)某学习小组将一个直流电源和一个很大的定值电阻(约几十千欧)串联组成了一个新电源，如图2甲所示。当该电源两端接的电阻较小时(小于300欧姆)，该电源能稳定输出约30 μA的恒定电流。该学习小组利用新电源设计了如图乙所示的电路测量一个量程为30 μA、内阻约为几百欧姆的灵敏电流计的内阻。主要实验步骤如下：

图2

(1)只闭合图乙中的开关K，灵敏电流计指针如图丙中实线所示，该示数为________ μA。

(2)再闭合图乙中的开关S，调节变阻箱R1，使灵敏电流计的指针指到图丙中虚线位置，此时变阻箱的示数为330欧姆。根据以上数据计算可知，灵敏电流计的内阻为______欧姆，此测量值________(填“大于”“小于”“等于”)真实值。

答案　(1)25.0　(2)220　小于

解析　(1)灵敏电流计的分度值为1 μA，灵敏电流计指针如图丙中实线所示，该示数为25.0 μA；

(2)灵敏电流计的指针指到图丙中虚线位置，该示数为15.0 μA；根据并联分流可得流过调节变阻箱R1的电流为I1＝I－I′＝10 μA

根据电路结构和欧姆定律则有I1R1＝I′Rg

解得灵敏电流计的内阻为Rg＝220 Ω

闭合图乙中的开关S，总电阻减小，电路中的总电流增大，流过调节变阻箱R1的电流大于10 μA，根据电路结构和欧姆定律可知此测量值偏小，所以测量值小于真实值。

3.(2020·福建泉州市第一次质检)某小组要测量微安表的内阻，选用的器材有：

待测微安表μA1(量程0～200 μA，内阻约几百欧)；

微安表μA2(量程0～300 μA，内阻约几百欧)；

电压表V(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ)；

滑动变阻器R1(阻值0～10 Ω)；

滑动变阻器R2(阻值0～20 kΩ)；

电阻箱R0(阻值0～9 999 Ω)；

电源(电动势3 V，内阻不计)；

导线和开关若干。要求尽可能减小实验误差，甲、乙、丙三位同学分别进行实验：

图3

(1)甲同学设计了如图3(a)的电路，利用伏安法测量表的内阻，该电路是__________(填“合理”或“不合理”)的；

(2)乙同学设计了如图(b)的电路，滑动变阻器R应选用__________(填“R1”或“R2”)，主要实验步骤如下：

①断开S2、接通S1，调节R，使微安表指针指在200 μA处；

②保持R的滑片不动，再接通S2，调节R0，使电流表指针指在150 μA处，读出R0的阻值为1 350 Ω，则微安表的内阻测量值为__________Ω，与真实值相比__________(填“偏大”或“偏小”)；

(3)丙同学设计了如图(c)的电路，主要实验步骤如下：先把开关S掷到1，微安表的读数为I，再把开关S掷到2，调节电阻箱R0，直至微安表的读数也为I，记录此时电阻箱R0的读数即为微安表的阻值。但该同学在操作时发现，电阻箱R0在几百欧的范围内调节时，微安表的读数几乎是不变的，因此该方法实际上很难准确测出微安表的阻值，其主要原因是______________________。

答案　(1)不合理　(2)R2　450　偏小　(3)R2接入电路的阻值比的内阻大得多

解析　(1)待测微安表的最大量程Ig＝200 μA＝2×10－4 A，内阻几百欧，最大电压不到0.2 V，滑动变阻器调节范围小，测量误差大，故不合理。

(2)电路中需要最小电阻为＝15 000 Ω，滑动变阻器应选用R2。

根据并联电路规律得＝

微安表内阻测量值R＝450 Ω

并联电阻箱时，总电阻减小，则总电流变大，滑动变阻器两端电压变大，待测微安表的电压减小，与真实值相比偏小。

(3)R2接入电路的阻值比的内阻大得多，导致两端的电压太小，读数几乎是不变。

4.(2020·山东泰安市一轮检测)有一电压表V1，其量程为3 V、内阻R1＝3000 Ω。现要准确测量该电压表的内阻，提供的器材有：

电源E：电动势约为5 V，内阻不计；

电流表A1：量程100 mA，内阻RA＝20 Ω；

电压表V2：量程2 V，内阻R2＝2 000 Ω；

滑动变阻器最大阻值R0＝10 Ω，额定电流1 A；

电键一个，导线若干。

图4

(1)为了测量电压表V1的内阻R1，请设计合理的实验，在图4的实物图中选择合适的器材，完成实物连线；

(2)实验开始时，滑动变阻器滑动触头应置于__________(填“最左端”或“最右端”)；

(3)写出电压表V1(内阻的计算表达式)R1＝__________(可能用到的数据：电压表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，电流表示数I，RA，R2，R0)。

答案　(1)见解析图　(2)最右端　(3)

解析　(1)由于待测电压表的电压量程为3 V，允许通过的最大电流为IV1＝＝ A＝1 mA，远小于电流表的量程100 mA，而电压表V2的量程与其电压量程接近，且电压表V2的内阻是已知的，所以电表应选电压表V2与待测电压表串联分压；由于滑动变阻器的全电阻远小于待测电压表内阻，所以变阻器应采用分压式接法，实物连线如图所示。

(2)由于滑动变阻器采用分压式接法，实验开始时，滑动变阻器滑动触头应置于最右端。

(3)根据串联分压特点和串联电路电流处处相等，则有＝，待测电压表内阻表达式为R1＝。

5.(2020·山东青岛市上学期期末)在学校社团活动中，某实验小组先将一只量程为300 μA的微安表头G改装为量程为0.3 A的电流表，然后用改装的电流表测量未知电阻的阻值。可供选择的实验器材有：

微安表头G(量程300 μA，内阻约为几百欧姆)

滑动变阻器R1(0～10 kΩ)

滑动变阻器R2(0～50 kΩ)

电阻箱R(0～9 999 Ω)

电源E1(电动势约为1.5 V)

电源E2(电动势约为9 V)

开关、导线若干

(1)实验小组先用如图5甲所示电路测量表头G的内阻Rg，实验方法是：

A.按图甲连接好电路，将滑动变阻器的滑片调至图中最右端

B.断开S2，闭合S1，调节滑动变阻器的滑片位置，使G满偏

C.闭合S2，并保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱的阻值，使表头G的示数为200 μA，记录此时电阻箱的阻值R0

图5

①实验中电源应选用__________，滑动变阻器应选用__________(选填仪器字母代号)；

②测得表头G的内阻Rg＝__________，表头内阻的测量值较其真实值__________(选填“偏大”或“偏小”)；

(2)实验测得G的内阻Rg＝500 Ω，要将表头G改装成量程为0.3 A的电流表，应选用阻值为__________ Ω的电阻与表头G并联；

(3)实验小组利用改装后的电流表A，用图乙所示电路测量未知电阻Rx的阻值。测量时电压表V的示数为1.20 V，表头G的指针指在原电流刻度的250 μA处，则Rx＝__________ Ω。

答案　(1)①E2　R2　②R0　偏小　(2)0.5　(3)4.3

解析　(1)①闭合S2开关时认为电路电流不变，实际上闭合开关S2时电路总电阻变小，电路电流增大，电源电动势越大、滑动变阻器阻值越大，闭合开关S2时微安表两端电压变化越小，实验误差越小，为减小实验误差，电源应选择E2，滑动变阻器应选择R2。

②闭合开关S2时认为电路电流不变，流过微安表电流为满偏电流的，则流过电阻箱的电流为满偏电流的，微安表与电阻箱并联，流过并联电路的电流与阻值成反比，则Rg＝R0；闭合开关S2时整个电路电阻变小，电路电流变大，大于300 μA，当表头G示数为200 μA时，流过电阻箱的电流大于100 μA，电阻箱阻值小于表头G电阻的一半，实验认为电流表内阻等于电阻箱阻值的一半，因此表头G内阻测量值偏小。

(2)把微安表改装成0.3 A的电流表需要并联分流电阻，并联电阻阻值为R＝＝ Ω＝0.5 Ω。

(3)改装后电流表内阻为RA＝＝ Ω＝0.5 Ω；微安表量程为300 μA，改装后电流表量程为0.3 A，量程扩大了1 000倍，微安表示数为250 μA时，流过电流表的电流为250×10－6×1 000 A＝0.25 A，由图乙所示电路图可知，待测电阻阻值为Rx＝－RA＝ Ω－0.5 Ω＝4.3 Ω。

6.(2020·北京市平谷区第二次模拟)在“测定金属的电阻率”实验中，小强同学先用多用电表粗测了一段粗细均匀的电阻丝的阻值(约为5 Ω)，随后将其固定在带有刻度尺的木板上，准备进一步精确测量其电阻。现有电源(电动势E为3.0 V，内阻不计)、开关和导线若干，以及下列器材：

A.电流表(量程0～3 A，内阻约0.025 Ω)

B.电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)

C.电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)

D.滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流2 A)

E.滑动变阻器(0～100 Ω，额定电流1 A)

(1)为减小误差，且便于操作，在实验中电流表应选__________，滑动变阻器应选__________(选填器材前的字母)。

(2)如图6所示，是测量该电阻丝电阻的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，还有两根导线没有连接，请补充完整。

图6

(3)在开关闭合前，滑动变阻器的滑片应当调到最______(选填“左”或“右”)端；闭合开关后，实验中电压表读数的最小值__________(选填“大于零”或“等于零”)。

(4)若不计实验中的偶然误差，则下列说法正确的是__________。

A.测量值偏大，产生系统误差的主要原因是电流表分压

B.测量值偏小，产生系统误差的主要原因是电压表分流

C.若已知电压表的内阻，可计算出待测电阻的真实值

D.若已知电流表的内阻，可计算出待测电阻的真实值

答案　(1)B　D　(2)见解析图　(3)左　大于零　(4)BC

解析　(1)通过待测电阻的最大电流为I＝＝0.6 A，故电流表选择B；一般情况下如果滑动变阻器的阻值小于待测电阻用分压接法，本题采用的限流接法，滑动变阻器的阻值是待测电阻的阻值的2～5倍比较好，故滑动变阻器选择D。

(2)按以上思路，滑动变阻器采用限流接法，而电流表采用外接法，补充完整的实物图如图所示。

(3)限流接法的滑动变阻器在开关闭合前滑动变阻器的滑片应当调到最左端；此时若闭合开关，电路中电流最小，电压表读数最小，其最小值大于零。

(4)此外接法的系统误差主要是电压表的分流，待测电阻的电流真实值小于测量值，故测量电阻的值小于真实值，故A错误，B正确；若已知电压表的内阻，可计算出待测电阻的真实值，选项C正确，D错误。

7.(2020·四川攀枝花市第二次统考)实验课中同学们要完成“测量电池的电动势和内阻”的任务。某小组计划用如图7甲所示的电路进行测量，已知实验室除待测电池(电动势约几伏)、开关、导线外，还有下列器材可供选用：

电流表A：量程0～0.6 A，内阻约0.2 Ω

电压表V：量程0～3 V，内阻约3 kΩ

滑动变阻器R1：0～500 Ω，额定电流1 A

滑动变阻器R2：0～20 Ω，额定电流2 A

图7

(1)为了便于实验，滑动变阻器最好选用__________(填写仪器的字母代号)。

(2)请根据图甲所示的电路图，在图乙中完成实物的连接。

(3)实验过程某次测量时电流、电压表示数情况如图丙所示，此时电压表读数为______ V，电流表读数为______ A。

(4)实验得到的U－I图线如图丁所示，可得电池的电动势E＝__________ V，内阻r＝__________ Ω(结果保留2位有效数字)。

(5)为了研究电表内阻对测量结果的影响，我们用U和I的函数关系来分析这一个问题。若字母RV、RA分别表示电压表和电流表的内阻，U、I分别表示电压表和电流表的示数，E、r分别表示电池的电动势和内阻的真实值。考虑

到电表内阻的影响，请选择相关的字母写出反映U和I实际关系的函数表达式U＝__________。

答案　(1)R2　(2)见解析图　(3)1.70　0.28

(4)2.0　1.0　(5)－I

解析　(1)因为电池的内阻小，为保证实验中可多测量几组数据，且在调节滑动变阻器时电流变化比较明显，所以滑动变阻器选择R2。

(2)根据电路图连接的实物图如图所示。

(3)电压表的精确度为0.1 V，读数时保留到精确度的下一位，所以电压为1.70 V；电流表精确度为0.02 A，读数时保留到精确度的同一位，电流表的读数为0.28 A。

(4)根据闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir，所以U－I图像的斜率k＝－＝－1.0＝－r

所以电源的内阻为r＝1.0 Ω

当I＝0.1 A时，U＝1.9 V

解得E＝2.0 V。

(5)根据闭合电路欧姆定律可知U＝E－I＋r

变形得U＝－I。