(新高考)高考物理一轮复习课时加练第10章 微专题68 电学实验综合 (含解析)
展开微专题68 电学实验综合
1.熟练掌握闭合电路欧姆定律和串、并联电路特点是分析电学实验的关键.2.基本实验原理是创新实验的基础,真正领会实验基本原理是处理创新实验的关键.
1.(2023·山东省联考)某同学用如图甲所示的电路测量一未知电阻的阻值,有以下器材可供选择.
待测电阻Rx(阻值约为10 Ω);
电压表V1(量程为6 V,内阻约为2 kΩ);
电压表V2(量程为15 V,内阻约为10 kΩ);
电流表A1(量程为0.6 A,内阻约为0.2 Ω);
电流表A2(量程为3 A,内阻约为0.02 Ω);
单刀双掷开关;
滑动变阻器R(最大阻值为10 Ω,允许通过的最大电流为2 A);
电源E(电动势为12 V,内阻忽略不计);
单刀单掷开关;
导线若干.
(1)为了较准确地测出待测电阻的阻值,电压表应选择________,电流表应选择________.
(2)如图乙所示为电路对应的实物图,请用笔画线代替导线将实物图补充完整.
(3)进行测量时,单刀双掷开关应掷于________(填“a”或“b”)处,该电阻的测量值________(填“>”“=”或“<”)真实值.
答案 (1)V1 A1 (2)见解析图 (3)a <
解析 (1)若选用量程为15 V的电压表,由于电源的电动势为12 V,则回路中最大电流约为1.2 A,选择电流表A1量程太小,选择电流表A2量程又太大,故电压表只能选V1,此时通过电流表的最大电流约为0.6 A,故电流表选择A1;
(2)实物图连接如图所示
(3)进行测量时,由于电压表的内阻远大于待测电阻的阻值,因此电流表应采用外接法,单刀双掷开关应掷于a处,由于电压表分流,此时代入计算的电流值偏大,因此电阻的测量值小于真实值.
2.电流表A1的量程为0~200 μA,内阻约为500 Ω,现要准确测量其内阻,除若干开关、导线之外还有器材如下:
电流表A2:与A1规格相同
滑动变阻器R1:阻值为0~20 Ω
电阻箱R2:阻值为0~9 999 Ω
保护电阻R3:阻值约为3 kΩ
电源:电动势E约为1.5 V、内阻r约为2 Ω
(1)如图所示,某同学想用等效法测量电流表内阻,设计 部分测量电路,在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中, 使实验可以完成.
(2)电路补充完整后,请你完善以下测量电流表A1内阻的实验步骤.
a.先将滑动变阻器R1的滑片移到使电路安全的位置,再把电阻箱R2的阻值调到________.(选填“最大”或“最小”)
b.闭合开关S、S1,调节滑动变阻器R1,使两电流表接近满偏,记录电流表A2的示数I.
c.保持S闭合,滑动变阻器R1的滑片位置不变,断开S1,再闭合S2 ,调节R2,使电流表A2的示数__________,读出此时电阻箱的阻值R0,则电流表A1内阻r1=________.
答案 (1)见解析图 (2)a.最大 c.再次为I(或仍为I) R0
解析 (1)滑动变阻器的最大阻值远小于待测电流表内阻,因此必须采用分压式接法,电路图如图所示.
(2) a.实验前电阻箱R2应该调节到最大,以保证两电表安全;
c.让电流表A2示数不变,可直接从电阻箱R2的读数得到电流表A1的内阻,即r1=R0.
3.(2023·广西河池市模拟)某同学测量量程为3 mA的电流表G的内阻,可供选择的实验器材有:
A.电流表G(量程3 mA,内阻为100~150 Ω)
B.滑动变阻器R1(0~2 kΩ)
C.滑动变阻器R2(0~5 kΩ)
D.电阻箱(0~999.9 Ω)
E.电源E(电动势约为9 V,内阻忽略不计)
F.开关、导线若干
(1)实验中滑动变阻器应选用______(选填“R1”或“R2”).
(2)请根据电路图连接图乙中的实物图.
(3)将滑动变阻器的滑片调至图中最右端,闭合S1,断开S2,调节滑动变阻器的滑片位置,使电流表G满偏;闭合S2,保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱,使电流表G的指针恰好半偏,这时电阻箱示数如图丙所示,则电流表G的内阻Rg=______ Ω.设电流表G的内阻的真实值为R真,测量值为R测,则R测______(填“大于”“小于”或“等于”)R真.
(4)利用图丁所示的电路图,将电流表G改装成10 mA、30 mA的双量程电流表,其中S3为单刀双掷开关,则Ra∶Rb=______.
答案 (1)R2 (2)见解析图 (3)120.6 小于 (4)1∶2
解析 (1)电流表的满偏电流为3 mA,对应的电路中最小电阻为R= Ω=3 000 Ω,所以滑动变阻器应选择阻值较大的R2.
(2)依据电路原理图将实物图进行连接,如图所示.
(3)电阻箱的读数为R箱=120.6 Ω,闭合开关S2时认为电路中总电流不变,电流表与电阻箱并联,流过并联电路的电流与阻值成反比,则有Rg=R箱=120.6 Ω;由于S2闭合后,总电阻减小,则总电流增大,所以通过电阻箱的真实电流大于通过电流表中的电流,所以有R测小于R真.
(4)由题图丁可知Ra+Rb=,Ra=,
其中I1=10 mA=10×10-3 A,I2=30 mA=30×10-3 A,Ig=3 mA=3×10-3 A
联立解得:Ra∶Rb=1∶2.
4.(2023·安徽省十校联考)实验小组用图甲所示的电路来测量阻值约为18 Ω的电阻Rx的阻值,图中R0为标准电阻,阻值为R0=4 Ω;V1、V2为理想电压表,S为开关,R为滑动变阻器,E为电源,采用如下步骤完成实验.回答下列问题:
(1)按照图甲所示的实验原理电路图将实物图补充完整.
(2)实验开始之前,将滑动变阻器的滑片置于________(填“最左端”“最右端”或“中间”)位置.合上开关S,改变滑片的位置,记下两电压表的示数分别为U1、U2,则待测电阻的表达式为Rx=________(用U1、U2、R0表示).
(3)为了减小偶然误差,改变滑片的位置,多测几组U1、U2的值,作出的U1-U2图像如图乙所示,图像的斜率为k=________(用R0、Rx表示),可得Rx=________Ω.
答案 (1)见解析图 (2)最右端 R0 (3) 20
解析 (1)根据题意,由题图甲电路图补充完整的实物图如图所示.
(2)为了电路安全,防止电流过大,闭合开关前,将滑片置于最右端位置.
由串联电路电流相等结合欧姆定律可得=
整理可得待测电阻Rx=R0
(3)根据上述分析可知=
整理可得U1=U2
则U1-U2图像的斜率k=
根据题意,由题图乙可得k=
又有R0=4 Ω
联立解得Rx=20 Ω.
5.(2023·辽宁省凌河区模拟)某同学设计了一个测量未知电阻的实验,实验器材如下:
A.电源(电动势约为12 V,内阻不计)
B.待测电阻Rx
C.电流表A1(量程为0.6 A,内阻约为10 Ω)
D.电流表A2(量程为3 A,内阻约为2 Ω)
E.电阻箱R(阻值范围0~999.9 Ω)
F.保护电阻R0=10 Ω
G.开关、导线若干
设计电路,并按照如下操作步骤进行测量.
(1)按照如图甲所示的电路图组装实验仪器,进行实验.将电流表________(填写器材前字母)安装在②位置,另一个电流表则安装在①位置.
(2)将R调整为适当阻值,闭合开关S,记录两个电流表的读数分别I1、I2及R的阻值.
(3)调节电阻箱,改变R的阻值,测量并记录多组数据.
(4)利用图像处理实验数据,得到如图乙所示的图线.
(5)由图像可知,该一次函数图像斜率为k、纵轴截距为b,则待测电阻的阻值为________,电流表①的内阻为________(以上两空用题中所给符号表示),待测电阻测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真实值.
答案 (1)D (5) 等于
解析 (1)①表在支路上,而②表在干路上,可知将C(A1)装在①位置,D(A2)装在②位置;
(5)根据串、并联电路的关系和欧姆定律可知:I1(Rg1+R)=(I2-I1)Rx
可得:=R+
由直线斜率可知:=k,可得待测电阻为:Rx=
由直线的纵轴截距可知:=b,电流表①内阻为:Rg1=
各支路电流都可准确测出,因此电阻测量值等于真实值.
6.一同学想要测定从故障风扇中取下的一个电阻的阻值Rx,实验室提供以下器材:
A.多用电表
B.电流表A1:量程为3.0 A,内阻约为0.05 Ω
C.电流表A2:量程为0.6 A,内阻为0.2 Ω
D.滑动变阻器R1:阻值范围为0~10 Ω
E.滑动变阻器R2:阻值范围为0~200 Ω
F.定值电阻R0=15 Ω
G.电源E:电动势E约为9 V,内阻很小
H.开关S,导线若干
(1)该同学先用多用电表粗测阻值,将多用电表功能选择开关旋至欧姆挡“×1”倍率时,指针位置如图甲所示,则多用电表的读数是______ Ω;
(2)为了更精确测量该电阻阻值,该同学设计了如下两种测量电路图,你认为合理的测量电路图是______(选填“乙”或“丙”);
(3)测量电路中滑动变阻器R应选择______(选填“R1”或“R2”);
(4)由实验测得的数据作出I1-I2图像如图丁所示,求得图像的斜率k=3.3,则该电阻阻值为______ Ω(计算结果保留到小数点后一位).
答案 (1)7 (2)丙 (3)R1 (4)6.5
解析 (1)选择开关旋至欧姆挡“×1”倍率时,由题图甲所示可知,多用电表的读数是7×1 Ω=7 Ω.
(2)干路电流大于支路电流,应选择题图丙所示电路图.
(3)滑动变阻器采用分压式接法,为方便调节,测量电路中滑动变阻器R应选择R1.
(4)在题图丙所示电路图中,由并联电路特点与欧姆定律得:I2R0=(I1-I2)Rx
整理得:I1=I2,I1-I2图像的斜率k=,代入数据解得:Rx≈6.5 Ω.
7.(2023·河南省南阳中学月考)一实验小组为了测量某元件的电阻,进行了如下实验:
(1)首先用多用电表进行粗测,下列关于多用电表的操作正确的是______.
A.如图甲,将红、黑表笔短接,进行机械调零
B.如图乙,利用所示旋钮进行欧姆调零
C.如图丙,用“×10”挡测量时发现指针偏转角度过大,为了准确测量,应换到“×100”挡
D.实验完成后,挡位调至如图丁所示位置
(2)为了精确测量该元件的电阻,同学们又采用了如图所示电路进行测量.电路由控制电路和测量电路两大部分组成.实验用到的器材如下:
A.待测电阻Rx
B.灵敏电流计
C.定值电阻R0=80 Ω
D.粗细均匀的电阻丝AB(总长为L=60.00 cm)
E.滑动变阻器R
F.线夹、电源、开关以及导线若干
G.电源(电动势为3 V)
①在闭合开关S前,可将线夹P2大致固定于电阻丝AB中部位置,滑片P1应置于a端.闭合开关后,先移动滑动变阻器的滑片P1至某一位置,然后不断调节线夹P2所夹的位置,直到灵敏电流计示数为零,测出此时AP2段电阻丝长度x=12.00 cm,则Rx的阻值计算式为________(用R0、L、x表示),代入数据得Rx=______ Ω;
②为减小因电阻丝粗细不均匀带来的误差,将定值电阻R0换成电阻箱,并按照①中的操作,电阻箱的阻值记为R1;然后将电阻箱与Rx交换位置,保持线夹P2的位置不变,调节电阻箱,重新使灵敏电流计示数为零,此时电阻箱的阻值记为R2,则电阻R=________.
答案 (1)B (2)① 20 ②
解析 (1)题图甲,将红、黑表笔短接,进行的是欧姆调零,故A错误;题图乙所示旋钮为欧姆调零旋钮,故B正确;用“×10”挡测量时发现指针偏转角度过大,即读数太小,为了减小误差,应换到“×1”挡,故C错误;实验完成后,应将挡位开关置于OFF挡,故D错误.
(2)①当灵敏电流计示数为零时,说明Rx的分压与AP2部分的分压相等,即
URx==UAP2===
整理得:=
则Rx=
代入数据解得:Rx=20 Ω
②根据第①问的原理,交换位置前有=,交换位置后有=
可得:=
解得:Rx=.
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