第十章 电路综合-3电学实验基础 高三物理一轮复习

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第十章
电路综合
电学实验基础


目录
「电表的改装」 1
「伏安法测量未知电阻阻值」 5
「特殊方法测量电阻」 10
「描绘小灯泡的伏安特性曲线」 15

「电表的改装」
1.电流表的内阻是Rg＝200 Ω，满刻度电流值是Ig＝500 μA，现欲把这个电流表改装成量程为1.0 V的电压表，正确的方法是（  ）
A．应串联一个0.1 Ω的电阻
B．应并联一个0.1 Ω的电阻
C．应串联一个1 800 Ω的电阻
D．应并联一个1 800 Ω的电阻
【答案】C
【解析】
把电流表改装成电压表需串联一个电阻R，改装后U＝Ig(Rg＋R)，解得R＝－Rg＝ Ω＝1 800 Ω，即应串联一个1 800 Ω的电阻，C正确。
2.某同学组装一个多用电表．可选用的器材有：微安表头(量程100 μA，内阻900 Ω)；电阻箱R1(阻值范围0～999.9 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～99 999.9 Ω)；导线若干．
要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表．组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡．

回答下列问题：
（1）在图虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱．
（2）电阻箱的阻值应取R1＝________Ω，R2＝________Ω.(保留到个位)
【答案】（1）见解析图；（2）100，2 910
【解析】
（1）如图所示．

（2）接a时改装成量程为1 mA的电流表，有IgRg＝(I－Ig)R1，解得R1＝100 Ω，接b时改装成量程为3 V的电压表，有U＝IgRg＋IR2，解得R2＝2 910 Ω.
3.(2022·海南调研)如图所示，有一个双量程电流表，其中小量程为0～1 A．已知表头G的满偏电流Ig＝500 mA，定值电阻R1＝20 Ω，R2＝180 Ω，则表头G的内阻Rg的值为（  ）

A．100 Ω B．200 Ω
C．250 Ω D．500 Ω
【答案】B
【解析】
当与表头G并联的电阻越大时，量程越小，即当接线柱接公共端与最右边的接线柱时，量程最小．由欧姆定律可知：(R1＋R2)(I－Ig)＝IgRg，代入数据解得：Rg＝200 Ω，B正确．
4.一量程为0.6 A的电流表，其刻度盘如图所示，若此电流表的两端并联一个电阻，其阻值等于该电流表内阻的一半，使其成为一个新的电流表，则图示的刻度盘上的一个小格表示多少安培？

【答案】0.06 A
【解析】
设该表内阻为Rg，并联电阻值为的分流电阻后，分流电阻承担的电流为
IR＝＝ A＝1.2 A
所以改装后的电流表的量程为
I＝IR＋Ig＝(1.2＋0.6) A＝1.8 A
所以每一个小格表示I0＝ A＝0.06 A。
5.有一电流表G，内阻Rg＝100 Ω，满偏电流Ig＝1 mA。
（1）要把它改装成量程为0～3 V的电压表，应串联一个多大的电阻？改装后电压表的内阻是多大？
（2）要把它改装成量程为0～0.6 A的电流表，需要并联一个多大的电阻？改装后电流表的内阻是多大？
【答案】（1）2 900 Ω，3 000 Ω；（2）0.167 Ω，0.167 Ω
【解析】
（1）由题意知电流表G的满偏电压
Ug＝IgRg＝0.1 V
改装成量程为0～3 V的电压表，当达到满偏时，分压电阻R的分压
UR＝U－Ug＝2.9 V
所以分压电阻R＝＝ Ω＝2 900 Ω
改装后电压表的内阻RV＝Rg＋R＝3 000 Ω。
（2）改装成量程为0～0.6 A的电流表，当达到满偏时，分流电阻R的分流
IR＝I－Ig＝0.599 A
所以分流电阻R＝≈0.167 Ω
改装后电流表的内阻RA＝≈0.167 Ω。
6.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，根据图甲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）根据图甲和题给条件，将图乙中的实物连线。
（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12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）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）见解析图；（2）C；（3）AC；（4）
【解析】
（1）实物连线如图所示。

（2）串联电路中电流处处相等，根据比例关系得，毫安表示数为16.0 mA时，对应微安表的刻度为160 μA，说明量程扩大了100倍，所以当微安表指针到满量程250 μA时，毫安表的示数应为25 mA，即为改装后电表的量程，选项C正确。
（3）根据IgRg＝(I－Ig)R得I＝＋Ig。出现该情况可能是微安表内阻测量错误，实际电阻大于1 200 Ω，或者并联的电阻R计算错误，接入的电阻偏小。选项A、C正确。
（4）若微安表的满偏电压为U，则对并联的电阻R有U＝(25－0.25)×10－3R，U＝(20－0.25)×10－3kR，解得k＝。
7.某同学拟将量程为Ig＝1 mA，内阻约为几十欧姆的电流表G改装成量程为1 V的电压表。

（1）他首先设计了如图所示电路来测量电流表G的内阻Rg，图中E为电源电动势。现有最大阻值分别为100 Ω和2 600 Ω的滑动变阻器，则R2应选用最大阻值为________Ω的滑动变阻器。开关S1接通，S2未接通时，调节R2使电流表G示数为1.00 mA；接通S2后，保持滑动变阻器R2的滑片位置不变，调节电阻箱R1，当其阻值为50 Ω时，电流表G的示数为0.50 mA，则电流表G的内阻Rg为________Ω；
（2）为了将电流表G改装成量程为1 V的电压表，需要________(选填“串联”或“并联”)一个大小为________ Ω的电阻。
【答案】（1）2 600，50；（2）串联，950
【解析】
（1）本题中采用“半偏法测电流表的内阻”，要求滑动变阻器的阻值远大于电流表的内阻，电流表内阻为几十欧，则R2应选用最大阻值为2 600 Ω的滑动变阻器。电流表G满偏后接通S2，电阻箱R1的电阻与电流表G的内阻相等时，电流表G半偏，即Rg＝50 Ω。
（2）改装后电压表的内阻较大，故应该串联一个电阻，改装后电压表的满偏电流为0.001 A，满偏电压为1 V，则改装后电压表内阻为RV＝ Ω＝1 000 Ω，则需要串联的电阻为R＝RV－Rg＝1 000 Ω－50 Ω＝950 Ω。
「伏安法测量未知电阻阻值」
8.(2022·北京模拟)图为某同学用电流表和电压表测量电阻的部分实验电路图。在某次测量中，电压表的示数为12.0 V时，电流表的示数为0.30 A，根据测量数据可计算出电阻R＝__________ Ω。由于电表内阻的影响，电阻R的测量值__________(选填“大于”或“小于”)真实值。

【答案】40，大于
【解析】
在该电路中，由欧姆定律可得R＝＝ Ω＝40 Ω，考虑电表的内阻，电流表有分压作用，故R两端电压偏大，电阻R的测量值偏大。
9.(2022·北京模拟)在设计“伏安法测小灯泡的电阻”实验电路时，要思考以下两个问题：
（1）电流表内接还是外接？

如图所示，某同学采用试接的方法，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点。他发现电压表示数有明显变化，而电流表示数无明显变化，说明小灯泡的阻值与__________(填写“电流表”或“电压表”)的阻值接近，应选择电流表__________(填写“内接”或“外接”)的电路。
（2）如何选择滑动变阻器？

有三种规格的滑动变阻器，它们的最大阻值分别是R1＝20 Ω，R2＝200 Ω，R3＝1 750 Ω。将它们分别接入图所示电路。保持M、N间电压恒定，从左向右移动滑片P，研究小灯泡两端的电压U与滑片的滑动距离L(滑片从左向右滑动的最大距离为L0)的关系，如图4所示中“×”为根据实验数据描出的点，请你结合如图4所示判断该实验中选择哪一种规格的滑动变阻器最合适__________，并简要说明理由。

【答案】（1）电流表，外接；（2）R1，理由见解析
【解析】
（1）如图所示，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点，观察两次电表的示数变化，电压表示数有明显变化，而电流表示数无明显变化，说明小灯泡
的阻值与电流表的阻值接近，为减小实验误差，应选择电流表外接的电路。
（2）由图示图线可知，移动相等长度图甲所示图线电压变化范围小，方便实验操作，另外两图线电压变化范围大，不方便操作，因此应选择电阻R1。
10.(2022·山东检测)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。

（1）为了测量电压表V1的内阻R1，请设计合理的实验，在图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＝。
11.某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 kΩ，电流表内阻为0.5 Ω.该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图(a)所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间．测量得到如图(b)所示的两条U－I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数．


回答下列问题：
（1）图(b)中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在________(填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的．
（2）根据所用实验器材和图(b)可判断，由图线________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为________ Ω(保留1位小数)．
（3）考虑到实验中电表内阻的影响，需对（2）中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为________ Ω(保留1位小数)．
【答案】（1）O、P；（2）Ⅰ，50.5；（3）50.0
【解析】
（1）若通过Rx的电流相等，由题图(b)知图线Ⅰ对应的电压值较大，由R＝可知图线Ⅰ所测电阻较大，图线Ⅱ所测电阻较小，则图线Ⅱ是采用电压表跨接在O、P两点的方案测量得到的．
（2）由题图(b)可得图线Ⅰ测得电阻阻值RⅠ＝ Ω≈50.5 Ω，图线Ⅱ测得电阻阻值 RⅡ＝ Ω≈46.6 Ω，待测电阻阻值约为50 Ω，＝＝20，＝＝100，因