高中物理高考 押课标卷物理第23题(解析版)-备战2020年高考物理临考题号押题
展开押课标卷理综第23题
题号
考情分析
考查知识点
分值
预测知识点
第23题
电学实验通常从实验的基本原理出发,侧重考查数据处理分析的能力和实验设计能力,考查的原理基于两个基本的实验原理,即:①部分电路欧姆定律R=,如电阻的测量、电表内阻的测量、电表的改装;②闭合电路欧姆定律E=U内+U外及它的演变形式E=U外+Ir、E=I(R+r)、E=(R+r),并结合函数图像进行考查,如测电源电动势和内阻.[来源:学,科,
电学实验
9
预计2020年高考新课标全国卷第23题会以电学实验知识为主。
(2019·新课标全国Ⅰ卷)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(b)中的实物连接。
(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.25mA D.28 mA
(3)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= 。
【答案】(1) (2)C (3)AC (4)
【解析】(1)电表改装时,微安表应与定值电阻R并联接入虚线框内,则实物电路连接如下图所示:
(2)由标准毫安表与该装表的读数可知,改装后的电流表,实际量程被扩大的倍数为:倍。故当原微安表表盘达到满偏时,实际量程为:,故本小题选C;
(3)根据,得:,改装后的量程偏大的原因可能是,原微安表内阻测量值偏小,即电表实际内阻真实值,大于1200Ω;或者因为定值电阻R的计算有误,计算值偏大,实际接入定值电阻R阻值偏小。故本小题选AC;
(4)由于接入电阻R时,改装后的表实际量程为25 mA,故满足;要想达到预期目的,即将微安表改装为量程为20 mA电流表,应满足,其中,联立解得:或。
(2019·四川省成都市高三模拟)(1)某同学用多用电表欧姆挡粗测一电阻Rx的阻值。选择“×1”挡时,指针指示如图甲所示,则示数为____Ω。(取一位有效数字)
(2)为精确的测量Rx的阻值,现取来两节干电池(总电动势为3 V,总内阻为0.4 Ω)、开关和若干导线及下列器材:
A.电压表(0~3 V,内阻约10kΩ)
B.电流表(0~0.6 A,内阻很小,可不计)
C.电流表(0~3 A,内阻很小,可不计)
D.滑动变阻器(0~5 Ω,额定电流为0.5 A)
E.滑动变阻器(0~10 Ω,额定电流为1 A)
(i)电流表应选____;(填序号字母)
(ii)要求滑动变阻器分压连接,滑动变阻器应选____;(填序号字母)
(iii)实验中该同学的实物连线如图乙所示,其中有一处不妥,不妥处为____ 。(填①至⑧的序号)
(3)该同学将(2)中的错误纠正并测出Rx的阻值后,又进行了以下实验:将导线③连接在电池负极的一端改为连接在开关的右端,闭合开关,当滑片P移到某位置c(图乙中未标出)时,读出电压表示数为2.2V,电流表示数为0.4 A,则变阻器的ca与cb段的电阻之比Rca:Rcb=____。
【答案】(1)6 (2)B E ⑦ (3)4:1或1:4
【解析】(1)由表盘读出指针示数为6,又档位选择“×1”挡,故电阻的大小为Rx=6×1=6 Ω;
(2)(i)利用欧姆定律,测量电路最大电流约为,故电流表应选B;
(ii)要求滑动变阻器分压连接,滑动变阻器电流要超过0.5 A,故滑动变阻器应选E
(iii)因为电流表内阻可以不计,故测量电路电流表应选择内接法,故⑦处连接不妥;
(3)设滑动变阻器连入电路电阻为R,则由闭合电路欧姆定律,得:,滑动变阻器两部分并联连入电路,由并联电路电阻关系,有:,联立代入数据解得:,或,,故或。
1.电流表、电压表的读数方法
电流表
电压表
符号
量程
0~0.6 A,0~3 A
0~3 V,0~15 V
读数方法
视线垂直于刻度盘表面,0~3 A量程估读到最小刻度的,0~0.6 A量程估读到最小刻度的
视线垂直于刻度盘表面,0~3 V量程估读到最小刻度的,0~15 V量程估读到最小刻度的
2.电流表内、外接法的区分与选择
比较项目
电流表内接法
电流表外接法
电路
误差来源
电流表的分压
电压表的分流
测量结果
R测=>Rx,偏大
R测=
Rx≫RA(测大电阻)
RV≫Rx(测小电阻)
3.控制电路[来源:学科网]
限流式接法
分压式接法
4.多用电表的使用“三注意”
(1)电流的流向
由于使用多用电表时不管测量项目是什么,电流都要从电表的“+”插孔(红表笔)流入,从“-”插孔(黑表笔)流出,所以使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔。
(2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”
“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。调整的是表盘下边中间的定位螺丝;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调整的是欧姆挡的调零旋钮。
(3)选倍率
测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡刻度的非线性,使用欧姆挡测电阻时,表头指针偏转过大或过小都有较大误差。通常只使用表盘中间一段刻度范围,指针偏转角度在满偏到满偏之间为测量的有效范围。
若出现指针偏转角太小(即指针所指的刻度值过大)应换用大倍率挡,反之要换用小倍率挡,但换挡后必须进行欧姆挡调零。
1.在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中,现除了有一个标有5V,2.5w的小灯泡、导线和开关外,还有:
A.直流电源(电动势约为5V,内阻可不计)
B.直流电流表(量程0〜3A,内阻约为0.1Ω)
C.直流电流表(量程0〜600mA,内阻约为0.5Ω)
D.直流电压表(量程0〜15V,内阻约为15kΩ)
E.直流电压表(量程0〜5V,内阻约为5kΩ)
F.滑动变阻器(最大阻值10Ω,允许通过的最大电流为2A)
实验中要求小灯泡两端的电压从零开始变化以便能测量多组数据.
①实验中电流表应选用_____,电压表应选用_____ .(均用序号字母表示)
②请按要求将图中所示的器材连成实验电路____________.
③某同学通过实验正确做出小灯泡的伏安特性曲线如下图甲所示.现把实验中使用的小灯泡接到下图乙所示的电路中,其中电源电动势E=6V,内阻r=1Ω,定值电阻R=4Ω,此时灯泡的实际功率为________W.(结果保留三位有效数字)
【答案】C E 1.73W(1.68-1.78均可)
【解析】
【详解】
①因为小灯泡的额定电压为5V,额定电流为,所以电流表选C,电压表选E;② 实物连线如图示.
③此电源的电动势为E=6V,内阻可认为=r+R=5Ω,则将此电源的U-I图线与灯泡的U-I线画在同一坐标系中,可是看出,两图线的交点为U=3.7V ,I=0.47A,所以灯泡的实际功率为P=UI=1.74W.
2.为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系,小明测量小灯泡的电压U和电流I,利用P=UI得到电功率.实验所使用的小灯泡规格为“3.0V 1.8W”,电源为12V的电池,滑动变阻器的最大阻值为10Ω.
(1)准备使用的实物电路如图甲所示.请将滑动变阻器接入电路的正确位置___.(用笔画线代替导线)
(2)现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻,电路中的电阻R1应选_______Ω的定值电阻.
(3)测量结束后,应先断开开关,拆除_______两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材.
(4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如图乙所示.请指出图象中不恰当的地方____.
【答案】 10 电池 图线不应画为直线;横坐标的标度不恰当
【解析】
【详解】
探究小灯泡的电功率P和电压U的关系,测量小灯泡的电压U和电流I应从零开始,采用分压电路.
(2)根据热功率 得小灯泡的电阻为5Ω,与10Ω的滑动变阻器并联后最大阻值为3.33Ω,只有串联3.3Ω的定值电阻,才能满足小灯泡电压3V的要求.
(3)先拆除电池两端的导线,再拆其他导线最安全.电学实验中都要先断电,再拆线.
(4)随着电压升高,小灯泡电阻会增大,图线不应为直线,横坐标的标度不恰当.
3.某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据尽量精确,绘制曲线完整,可供该同学选用的器材除了开关、导线外,还有:
电压表V1(量程0~3 V,内阻等于3 kΩ)
电压表V2(量程0~15 V,内阻等于15 kΩ)
电流表A1(量程0~200 mA,内阻等于10 Ω)
电流表A2(量程0~3 A,内阻等于0.1 Ω)
滑动变阻器R1(0~10 Ω,额定电流2 A)
滑动变阻器R2(0~1 kΩ,额定电流0.5 A)
定值电阻R3(阻值等于1 Ω)
定值电阻R4(阻值等于10 Ω)
定值电阻R5(阻值等于1 kΩ)
电源E(E=6 V,内阻不计)
(1)请画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁__________.
(2)该同学描绘出的I–U图象应是下图中的___________.
【答案】 B
【解析】
【详解】
①用电压表V1和R5串联,可改装成量程为的电压表;用电流表A1与R4并联可改装为量程为的电流表;待测小灯泡的阻值较小,故采用电流表外接法;为使曲线完整,滑动变阻器应采用分压接法,故选择总阻值小的R1,电路如图:
②小灯泡灯丝的电阻随温度升高而变大,故该同学描绘出的I–U图线应该是B.
【点睛】
此题考查了探究小灯泡的伏安特性曲线的实验;此题的难点在于题中所给的电表量程都不适合,所以不管是电流表还是电压表都需要改装,所以要知道电表的改装方法;改装成电压表要串联分压电阻;改装成电流表要并联分流电阻;其他部分基本和课本实验一样.
4.如图1所示为一个多量程电压表的电路,其表头为动圈式直流电流计,量程Ig=10mA、内阻Rg=200Ω,R1、R2为可调电阻.
(1)可调电阻应调为R1= ______Ω;
(2)现发现表头电流计已烧坏,我们要修复该电压表,手边只有一个“量程为2mA、内阻为40Ω”的电流计G2和一个电阻为10Ω的定值电阻R3.要使修复后电压表的满偏电流仍为10mA,请在图2虚框内画出该电压表的修复电路___.
(3)修复后的电路中,可调电阻R2应调为 R2=______Ω;
(4)接着用图3的电路对修复电压表的3V量程表进行校对,V0为标准电压表、V1为修复电压表.发现修复电压表V1的读数始终比标准电压表V0略大.应用以下哪种方法进行微调______.
A.把R1略微调小 B.把R1略微调大
【答案】100 1200 B
【解析】
【详解】
(1)根据串联电阻特点结合欧姆定律可得:
(2))“量程为2mA、内阻为40Ω”改装成10mA电流表,应并联定值电阻分流,据此画出改装电路图如图所示
;
(3)由串联电阻特点结合欧姆定律可得
则R2′=1492-292Ω=1200Ω.
(4)根据电压表改装原理可得串联的电阻阻值,电压表示数偏大,说明R太小,则电流表内阻测量值偏大.应增大电阻箱的阻值;故A错误,B正确.
5.某同学设计了一个测量金属丝电阻率的实验方案,实验室提供的器材有:
A.电流表G(内阻Rg=99Ω,满偏电流Ig=3mA)
B.电流表A(内阻约为0.2Ω,量程为0~0.6A)
C.螺旋测微器
D.阻箱R0(0 -9999Ω, 0.5A)
E.滑动变阻器R(5Ω,2A)
F.干电池组(6V,0.05Ω)
G.一个开关和导线若干
他进行了以下操作:
(1).用多用电表粗测金属丝的阻值:当用“×10Ω”挡时发现指针偏转角度过大,他应该换用__________挡(填“×1Ω”或“×100Ω”),换挡并进行一系列正确操作后,指针静止时如图1所示,则金属丝的阻值约为__________Ω.
(2).该同学为了较精确测量金属丝的阻值,设计了如图2实验电路,其中将电流表G与电阻箱串联改装成量程为0~3V的电压表,则电阻箱的阻值应调为R0=__________Ω.
请根据提供的器材和实验需要,将该同学设计的电路图补画完整___________.
(3).实验数据的测量与电阻率的计算,如果金属丝的长度用L表示,直径用d表示, 电路闭合后,调节滑动变阻器的滑片到合适位置,电流表G的示数为I1,,电流表A的示数为I2,请用已知量和测量量写出计算金属丝电阻率的表达式=__________.
【答案】×1Ω 15 901
【解析】
【详解】
(1)当用欧姆表“×10Ω”挡时发现指针偏转角度过大,说明待测电阻的阻值比较小,所以换用“×1Ω”挡,
由表盘可知待测电阻阻值大约15Ω;
(2)电流表改装成电压表需要串联大电阻,由得Ω;
由于要精确测量阻值,所以采取滑动变阻器的分压接法,又因为待测阻值与电流表的内阻相差不大,故采取电流表的外接法,电路图如图所示;
(3)由电路图可知待测电阻的阻值
,
由电阻定律可知
,
联立解得
6.某同学欲将量程为300 μA的微安表头G改装成量程为0.3 A的电流表。可供选择的实验器材有:
A.微安表头G(量程300 μA,内阻约为几百欧姆)
B.滑动变阻器R1(0 ~ 10 kΩ)
C.滑动变阻器R2(0 ~ 50 kΩ)
D.电阻箱(0 ~ 9 999 Ω)
E.电源E1(电动势约为1.5 V)
F.电源E2(电动势约为9 V)
G.开关、导线若干
该同学先采用如图甲的电路测量G的内阻,实验步骤如下:
①按图甲连接好电路,将滑动变阻器的滑片调至图中最右端所对应的位置;
②断开S2,闭合S1,调节滑动变阻器的滑片位置,使G满偏;
③闭合S2,保持滑动变阻器的滑片位置不变,调节电阻箱的阻值,使G的示数为200 μA,记下此时电阻箱的阻值。
回答下列问题:
(1)实验中电源应选用_________(填“E1”或“E2”),滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)。
(2)若实验步骤③中记录的电阻箱的阻值为R,则G的内阻Rg与R的关系式为 Rg =______。
(3)实验测得G的内阻Rg = 500 Ω,为将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G_____(填“串联”或“并联”)。
(4)接着该同学利用改装后的电流表A,按图乙电路测量未知电阻Rx的阻值。某次测量时电压表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】E2 R2 R 0.5 并联 4.3
【解析】
【详解】
(1)电流表G的内阻约为几百欧姆,为提高测量精度,滑动变阻器的阻值应大些,故选R2;为减小实验误差,电源电动势应尽可能大些,电源最好选用E2。
(2)步骤③中闭合S2,保持滑动变阻器的滑片位置不变,调节电阻箱的阻值,使G的示数为200 μA,此时电阻箱的电流为100 μA,则此时电阻箱的阻值应为电流计G阻值的2倍,即Rg =R。
(3)实验测得G的内阻Rg = 500 Ω,为将G改装成量程为0.3 A的电流表,应选用阻值为的电阻与G并联。
(4)改装后的电流表的内阻为 ;表头G的指针指在原电流刻度的250 μA处,此处对应的实际电流为,电压表V的示数为1.20 V,则。
7.对某圆柱体的电学性质进行研究:
(1)①用螺旋测微器测量其直径,结果如图(a)所示,则其直径为________mm.
②用多用电表电压挡测量其两端无电压.
③用多用电表欧姆挡粗略测量其电阻为1 500 Ω.
④为精确测量其电阻值,现有以下器材:
A.直流毫安表A1(量程0~2 mA,内阻约为5 Ω)
B.直流电流表A2(量程0~3 A,内阻约为0.5 Ω)
C.直流电压表V1(量程0~15 V,内阻25 kΩ)
D.直流电压表V2(量程0~3 V,内阻5 kΩ)
E.直流电源E(输出电压3 V,内阻可不计)
F.滑动变阻器R(0~15 Ω,允许最大电流10 A)
G.开关一只,导线若干
根据器材的规格和实验要求,在方框1中画出实验电路图,并标明仪器名称符号.
(2)实验发现这个圆柱体还有一个特点:在强磁场作用下用多用电表电压挡测量发现有电压,当磁感应强度分别为1 T、2 T、3 T时,其作为电源的UI特性曲线分别为图(b)中图线甲、乙、丙所示.
①请在方框2中画出测量其电源UI特性的电路图.
②按照这种规律,要使标有100 V,100 W的灯泡正常发光,需要把圆柱体放在磁感应强度为________T的磁场中.
【答案】11.700 11
【解析】
【分析】
螺旋测微器的读数等于固定刻度加可动刻度读数,需要估读;伏安法测量器电阻,注意滑动变阻器和电流表内接外接;根据伏安法测量电源的内阻以及电源电动势的实验画出电路图,U-I特性曲线的纵轴截距表示电源电动势,斜率表示内阻,从而得到内阻,根据甲乙丙图线得到电压与磁场强度的关系,从而得到100V时对应的磁感应强度
【详解】
(1)根据螺旋测微器的测量读数规则,直径为11.5mm+0.200mm=11.700 mm;用多用电表欧姆挡粗略测量其电阻为1500Ω,远大于电流表内阻,所以采用电流表内接电路.由于题给的滑动变阻器R阻值范围为0~15Ω,远小于待测电阻的阻值,所以必须采用滑动变阻器的分压接法.由于电源输出电压为3V,故电压表选择量程为0~3V的V2.在3V电压下,圆柱体中电流大约为2 mA,因此电流表选择量程为0~2 mA的A1.画出测量电阻的实验电路图如答图1所示.
(2)①测量其电源UI特性的电路图如答图2所示
②根据在强磁场下圆柱体表现出的电源的UI特性曲线,可知其内阻为10Ω.100 V,100W的灯泡正常工作电流为,要使标有100V,100W的灯泡正常发光,圆柱体在强磁场作用下的电动势必须为110V,因此需要把圆柱体放在磁感应强度为11T的磁场中.
【点睛】
本题综合考查了伏安法测电阻与测定电源电动势和内阻的实验,源于课本,只要数量掌握了这两个实验的原理与注意事项不难解答.
8.某探究小组要尽可能精确地测量电流表A1的满偏电流,可供选用的器材如下:
A.待测电流表A1(满偏电流Ig约为 、内阻约为,表盘刻度均匀、总格数为)
B.电流表A2(量程为0.6A、内阻)
C.电压表V(量程为3V、内阻 )
D.滑动变阻器(最大阻值为)
E.电源(电动势有3V、内阻约为)
F.开关一个,导线若干
①该小组设计了图甲、图乙两个电路图,其中合理的是______(选填“图甲”或“图乙”);
②所选合理电路中虚线圈处应接入电表______(选填“”或“”);
③在开关闭合前,应把滑动变阻器的滑片置于______端(选填“”或“”);
④在实验中,若所选电表的读数为,电流表A1的指针偏转了格,则可算出待测电流表A1的满偏电流Ig=______。
【答案】图乙 C b
【解析】
【详解】
(1)因为变阻器的全电阻小于电流表内阻,所以变阻器应采用分压式接法,所以合理的是图乙电路;
(2)因为电压表V的满偏电流,与待测电流表量程接近,所以虚线处应接电表C;
(3)闭合电键前,应将变阻器的滑片置于输出电压最小的b端,
(4)根据电流关系可知:,解得:
故本题答案是:乙;C;b;
9.现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ,其阻值Rx约为0.5 Ω,允许通过的最大电流为0.5 A.现有如下器材可供选择:
电流表A(量程0.6A,内阻约为0.6Ω)
电压表V(量程3V,内阻约为3kΩ)
待测电阻丝Rx(阻值约为0.5Ω)
标准电阻R0(阻值5Ω)
滑动变阻器R1(5 Ω,2A)
滑动变阻器R2(200 Ω,1.5A)
直流电源E(E=6 V,内阻不计)
开关S、导线若干
(1)图为四位同学分别设计的测量电路的一部分,你认为合理的是________;
(2)实验中滑动变阻器应该选择________(选填“R1”或“R2”),并采用________接法;(分压,限流)
(3)根据你在(1)(2)中的选择,在图甲上完成实验电路的连接________;
(4)实验中,如果两电表的读数分别为U和I,测得拉直后电阻丝的长度为L、直径为D,则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ=________;
(5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图乙所示,则该电阻丝的直径D=________.
【答案】C R1 分压 1.205
【解析】
【分析】
(1)、(2)、关键是根据闭合电路欧姆定律求出电路中需要的最大电阻来选择变阻器阻值以及接法;根据求出的最小电阻来选择保护电阻;根据待测电阻远小于电压表内阻可知电流表应用外接法,但因为待测电阻阻值太小可知待测电阻应与保护电阻串联使用.
(3)根据是连接电路时应先连接主干路然后再连接并联电路,注意正负极和量程.
(4)关键是根据欧姆定律和电阻定律求出电阻率的表达式即可.
(5)关键是读数时要分成整数部分和小数部分两部分来读,注意半毫米刻度线是否露出.
【详解】
(1)根据闭合电路欧姆定律可知,电路中需要的最大电阻为:,所以变阻器应选R1并且应采用分压式接法;电路中需要的最小电阻为:,为保护电流表应与一保护电阻串联,所以排除电路A,再根据待测电阻满足,可知电流表应用外接法,所以应排除电路D,由于待测电阻阻值太小,将电压表直接测量时电压太小无法读数,所以应将待测电阻与保护电阻串联后再与电压表并联才行,所以合理的电路应是C;
(2)根据题(1)中的分析可知,变阻器应选R1,并且应采用分压式接法;
(3)根据题(1)中分析可知电路连接图如图所示:
(4)图C电路图应有: ①
根据电阻定律应有: ②
联立①②可得:
(5)螺旋测微器的读数为:D=1mm+20.6×0.01mm=1.205(±0.002)mm;
【点睛】
明确:①通过估算电路中需要的大小电阻来选择保护电阻,通过电路中需要的最大电阻来选择变阻器阻值以及采用的接法;②当待测电阻满足时,电流表应用外接法.
10.为了测定金属丝的电阻率,某实验小组将一段金属丝拉直并固定在米尺上,其两端可作为接线柱,一小金属夹夹在金属丝上,且可在金属丝上滑动.请完成以下内容.
(1)某次用螺旋测微器测该金属丝的直径,示数如图甲所示,则其直径d=____mm.
(2)实验中先用欧姆表测出该金属丝的阻值约为3Ω.
(3)准备的实验器材如下:
A.电压表V(量程0~3 V,内阻约20 kΩ)
B.定值电阻10Ω
C.定值电阻100Ω
D.蓄电池(电动势约12 V,内阻不计)
E.开关S一只
F.导线若干
实验小组利用上述器材设计并完成实验.实验中通过改变金属夹的位置进行了多次测量,在实验操作和测量无误的前提下,记录了金属丝接入电路中的长度l和相应的电压表的示数U,并作出了-的关系图像,如图乙所示.根据题目要求,在图丙所示的虚线框内完成设
计的实验电路图.其中定值电阻R应选____(填“B”或“C”);金属丝电阻率的表达式=____________________(用a、b、c、d、R表示).
【答案】0.750 B
【解析】
【分析】
(1)螺旋测微器固定刻度最小分度为1mm,可动刻度每一分度表示0.01mm,由固定刻度读出整毫米数包括半毫米数,由可动刻度读出毫米的小数部分。
(2)电路分为测量电路和控制电路两部分。测量电路采用伏安法。根据电压表、电流表与待测电阻阻值倍数关系,选择电流表外接法。变阻器若选择R2,估算电路中最小电流,未超过电流表的量程,可选择限流式接法。
【详解】
(1)螺旋测微器固定刻度为0.5mm,可动刻度为25.0×0.01mm,两者相加就是0.750mm。
(2)因为只有电压表,当连入电路的电阻丝变化时,其两端的电压也将发生变化,找到电压U与长度l的关系,画出图象就能求出电阻丝的电阻率,按题意就可以画出电路如图所示,
由于电阻丝的电阻只有3Ω,所以定值电阻选较小的B.
(4)据欧姆定律可以写出电阻丝两端的电压
所以
结合图象有: (截距)
当时,
而S=π()2
联立可得:
【点睛】
本实验测电阻丝的电阻率比较巧妙,利用图象法减小了偶然误差,再结合数学图象的知识,更是本题的精华部分;测量电阻最基本的原理是伏安法,电路可分为测量电路和控制电路两部分设计。测量电路要求精确,误差小。
11.热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC).正温度系数电阻器( PTC)在温度升高时电阻值增大,负温度系数电阻器(NTC)在温度升高时电阻值减小,热敏电阻的这种特性,常常应用在控制电路中,某实验小组选用下列器材探究通过热敏电阻Rx(常温下阻值约为)的电流随其两端电压变化的特点,如图所示.
A.电流表(量程100mA,内阻约)
B.电流表A2(量程0.6A,内阻约)
C.电压表(量程3.0V,内阻约)
D.电压表V2(量程15.0V,内阻约
E.滑动变阻器R(最大阻值为)
F.滑动变阻器(最大阻值为
G.电源E(电动势15V,内阻忽略)
H.电键、导线若干
①实验中改变滑动变阻器滑片的位置,使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大,请在所提供的器材中选择必需的器材,应选择的器材为:电流表________;电压表_________;滑动变阻器____________(只需填写器材前面的字母即可)
②请在所提供的器材中选择必需的器材,在如图虚线框内画出该小组设计的电路图_________.
③该小组测出热敏电阻的U-I图线如图曲线I所示,请分析说明该热敏电阻是______热敏电阻(填“PTC”或“NTC”).
④该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U-I图线如图曲线Ⅱ所示.然后又将热敏电阻分别与某电池组连成电路如图所示.测得通过和的电流分别为0. 30A和0.60A,则该电池组的电动势为________V,内阻为______(结果均保留三位有效数字)
【答案】B D E PTC 9.60~10.4V 6.00~8.00Ω
【解析】
【详解】
①电源电压为15V,故电压表选D;电流表选择B;为方便实验操作,滑动变阻器应选E;
②加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大,滑动变阻器应采用分压接法,由于热敏电阻的阻值远小于电压表内阻,所以电流表应用外接法,电路图如图所示:
③由图2曲线I所示图线可知,随电压增大,电流增大,电阻实际功率增大,温度升高,电压与电流比值增大,电阻阻值增大,即随温度升高,电阻阻值增大,该电阻是正温度系数(PTC)热敏电阻.
④在闭合电路中,电源电动势:E=U+Ir,由图2曲线II所示可知,电流为0.3A时,电阻R1两端电压为8V,电流为0.60A时,电阻R2两端电压为6.0V,则有:E=8+0.3r,E=6+0.6r,解得:E=10.0V,r=6.67Ω;
【点睛】
本题考查了实验器材的选择、设计实验电路、判断电阻类型、求电源电动势与内阻;确定滑动变阻器与电流表接法是正确设计实验电路的关键;当实验要求电压从零调时,变阻器应采用分压式接法,变阻器的阻值越小越方便调节;当待测电阻阻值远小于电压表内阻时电流表采用外接法.
12.图1是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图。图中S为开关,R为滑动变阻器,固定电阻R1和A1内阻之和为10000Ω(比r和滑动变阻器的总电阻都大得多),A2为理想电流表。
(1)按电路原理图在图2虚线框内各实物图之间画出连线_____;
(2)在闭合开关S前,将滑动变阻器的滑动端c移动至___(填“a端”、“中央”或“b端”);
(3)闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置,读出电流表A1和A2的示数I1和I2,多次改变滑动端c的位置,得到的数据为
在图3所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1-I2曲线___;
(4)利用所得曲线求的电源的电动势E=__V,内阻r=__Ω;(保留两位小数)
(5)该电路中电源输出的短路电流Im=__A;
【答案】 b端 1.49 0.60 2.5
【解析】
【详解】
(1)由原理图可知,电路为基本的限流接法,故按原理图串联即可;连线如下图所示:
(2)为保证安全,开始时滑动变阻器应接到最大值,故应接b端;
(3)将各点依次描出,连线如下图所示:
(4)由图示可知,图象与纵轴的交点,即为电源的电动势,因此电源电动势E=1.49V,电源内阻
(5)短路电流
【点睛】
测定电动势和内阻的实验中要注意数据的处理时主要应用了图象法,在学习中要掌握读数及画图的能力,要结合公式理解图象中点、线、交点及截距的意义.
13.同学们利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻.
(1)图中电流表的示数为________A(保留小数点后两位)
(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:
U(V)
1.45
1.36
1.27
1.16
1.06
I(A)
0.12
0.20
0.28
0.36
0.44
请根据表中的数据,在坐标纸上作出U-I图线_____________.由图线求得:电动势E=________V;内阻r=________Ω.
(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合.其实,从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为___________________.
【答案】0.44 1.60 (1. 58 ~ 1. 62 都算对) 1. 2(1. 18 ~1. 26 都算对) 干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大.
【解析】
试题分析:(1)电流表选择的量程是0.6A,所以此时电流表的示数为0.44A;
(2)根据表中的数据,画出U-I图象如图所示,
根据图象可知,纵坐标的截距代表电动势的大小,直线的斜率代表内电阻的大小,所以电动势E=1.60V;内阻.
(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大.
考点:测量干电池的电动势和内阻
【名师点睛】本题考查对图象的认识,要掌握从U-I图线中获取电源的电动势和内电阻的方法,在计算内阻的时候,要注意纵坐标的起点不是零.
14.某同学为了将一量程为3V的电压表改装成可测量电阻的仪表——欧姆表.
(1)先用如图a所示电路测量该电压表的内阻,图中电源内阻可忽略不计,闭合开关,将电阻箱阻值调到3kΩ时,电压表恰好满偏;将电阻箱阻值调到12 kΩ时,电压表指针指在如图b所示位置,则电压表的读数为____V.由以上数据可得电压表的内阻RV=____kΩ.
(2)将图a的电路稍作改变,在电压表两端接上两个表笔,就改装成了一个可测量电阻的简易欧姆表,如图c所示,为将表盘的电压刻度转换为电阻刻度,进行了如下操作:闭合开关,将两表笔断开,调节电阻箱,使指针指在“3.0V”处,此处刻度应标阻值为____(填“0”或“∞”);再保持电阻箱阻值不变,在两表笔间接不同阻值的已知电阻找出对应的电压刻度,则“1 V”处对应的电阻刻度为____kΩ.
(3)若该欧姆表使用一段时间后,电池内阻不能忽略且变大,电动势不变,但将两表笔断开时调节电阻箱,指针仍能满偏,按正确使用方法再进行测量,其测量结果将____.
A.偏大 B.偏小 C.不变 D.无法确定
【答案】1.50 6 ∞ 1 C
【解析】
【详解】
(1)由图(b)所示电压表表盘可知,其分度值为0.1 V,示数为1.50 V;电源内阻不计,由图a所示电路图可知,电源电动势:
E=U+IR=U+R
由题意可知:
E=3+×3 000
E=1.5+×12 000
解得RV=6 000 Ω=6kΩ,E=4.5V
(2)两表笔断开,处于断路情况,相当于两表笔之间的电阻无穷大,故此处刻度应标阻值为∞,当指针指向3V时,电路中的电流为:
Ig=A=0.000 5 A
此时滑动变阻器的阻值:
R=Ω=3 kΩ
当电压表示数为1 V时,有:
1=
解得Rx=1 kΩ.
(3)根据闭合电路欧姆定律可知电池新时有:
Ig==,
测量电阻时电压表示数为:
U=
欧姆表用一段时间调零时有:
Ig=,
测量电阻时:
U=
比较可知:
r+R=r′+R′
所以若电流相同则R′x=Rx,即测量结果不变,故选C。
15.某物理兴趣小组设计了如图甲所示的欧姆表电路,通过控制开关S和调节电阻箱,可使欧姆表具有“×10”和“×100”两种倍率,所用器材如下:
A.干电池:电动势E=1.5V,内阻r=0.5Ω
B.电流表G:满偏电流Ig=1mA,内阻Rg=150Ω
C.定值电阻R1=1200Ω
D.电阻箱R2和R3:最大阻值999.99Ω
E.电阻箱R4:最大阻值9999Ω
F.开关一个,红、黑表笔各1支,导线若干
(1)该实验小组按图甲正确连接好电路。当开关S断开时,将红、黑表笔短接,调节电阻箱R2=________Ω,使电流表达到满偏,此时闭合电路的总电阻叫作欧姆表的内阻R内,则R内=________Ω,欧姆表的倍率是________(选填“×10”或“×100”);
(2)闭合开关S:
第一步:调节电阻箱R2和R3,当R2=________Ω且R3=________Ω时,将红、黑表笔短接,电流表再次满偏;
第二步:在红、黑表笔间接入电阻箱R4,调节R4,当电流表指针指向图乙所示的位置时,对应的欧姆表的刻度值为________。
【答案】149.5 1500 ×100 14.5 150 10
【解析】
【详解】
(1)由闭合电路欧姆定律可知:
欧姆表的内阻为
则
R2=R内-R1-Rg-r=(1500-1200-150-0.5)Ω=149.5 Ω,
中值电阻应为1500 Ω,根据多用电表的刻度设置可知,表盘上只有两种档位,若为×10,则中值刻度太大,不符合实际,故欧姆表倍率应为“×100”。
(2)为了得到“×10”倍率,应让满偏时对应的电阻为150 Ω;
电流为
;
此时表头中电流应为0.001 A,则与之并联电阻R3电流应为(0.01-0.001)A=0.009 A,
并联电阻为
R3= Ω=150 Ω;
R2+r=Ω=15 Ω
故
R2=(15-0.5)Ω=14.5 Ω ;
图示电流为0.60 mA,干路电流为6.0 mA
则总电阻为
R总=×103 Ω=250 Ω
故待测电阻为
R测=(250-150)Ω=100 Ω;
故对应的刻度应为10。
16.在“多用电表的使用”实验中:
(1)如图1所示,为一正在测量中的多用电表表盘,如果用电阻挡“× 100”测量,则读数为_______;如果用““直流5V”挡测量,则读数为_________V;
(2)甲同学利用多用电表测量电阻,他用电阻挡“× 100”测量时发现指针偏转角度过小,为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,操作顺序为________(填写选项前的字母);
A.将选择开关旋转到电阻挡“× 1k”的位置
B.将选择开关旋转到电阻挡“× 10”的位置
C.将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量
D.将两表笔短接,调节欧姆调零旋钮使指针指向“”
(3)乙同利用多用电表测量图示电路中小灯泡正常工作时的有关物理量,以下操作正确的是_________
A.将选择开关旋转到合适的电压挡,闭合开关,利用图2 的电路测量小灯泡两端的电压
B.将选择开关旋转到合适的电阻挡,闭合开关,利用图2 的电路测量小灯泡的电阻
C.将选择开关旋转到合适的电流挡,闭合开关,利用图3 的电路测量通过小灯泡的电流
D.将选择开关旋转到合适的电流挡,把图3 中红、黑表笔接入电路的位置互换,闭合开关,测量通过小灯泡的电流
(4)丙同学利用多用电表探测图4 所示黑箱时发现:用直流电压挡测量, E 、G 两点间和F 、G 两点间均有电压, E 、F 两点间无电压;用电阻挡测量,黑表笔接E 点,红表笔接F 点,阻值很小,但反接阻值很大,那么该黑箱内元件的接法可能是图5中的______
(5)丁同学选择开关旋转到“直流500mA”挡作为电流表A,设计了如图6 所示的电路,已知电流表内阻RA=0.4,R1=RA, R2=7RA,若将接线柱 1、2 接入电路时,最大可以测量的电流为_____A;若将接线柱1、3 接入电路时,最大可以测量的电压为_______V;
【答案】 ADC(不可以改变顺序) AC(可以改变顺序) B
【解析】
【详解】
(1)多用电表测电阻选取最上端的欧姆表刻度,根据档位可知阻值为;
[2]测电压时,由于精度为0.1V,需要估读一位,根据量程“50”的刻度可知电压为;
(2)欧姆档测电阻时指针偏转角度过小是由于档位过小,需选取大档位,进行欧姆调零后再测阻值,故顺序为:ADC
(3)多用电表一定是红表笔电流流入黑表笔电流流出,图2 是测电压,图3 是测电流,表笔位置正确,故AC正确,BD错误;
故选AC;
(4)用直流电压挡测量,E、G两点间和F、G两点间均有电压,说明E、G与F、G间可能有电源存在;用欧姆档测量,因电流从黑表笔出来通过导体再从红表笔进入欧姆表,故若黑表笔接E点红表笔接F点时电阻小,说明电流容易从E通过导体,若黑表笔接F点红表笔接E点时电阻很大,说明电流不能从F通过,这就说明E、F间有二级管且E是正极,故该黑箱内元件的接法可能是B;
故选B;
(5)由题意可知各电阻,,接线柱 1、2 接入电路时,原电流表改装为2倍量程的电流表,最大测量电流是1.0A;接线柱1、3 接入电路时,原电流表改装为15倍量程的电压表,总电阻 ,最大测量电压为。
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