高考物理考前知识专题16　电学实验

考题一　多用电表的原理、使用及读数问题1.游标卡尺、螺旋测微器的读数技巧记住两点：一是所有读数一定以毫米为单位并注意主尺刻度对应的毫米数，根据结果再变换单位；二是以毫米为单位，小数点后数字分别是，螺旋测微器是3位、20分度和50分度游标卡尺是2位、10分度游标卡尺和毫米刻度尺是1位.2.电压表、电流表、多用电表的读数技巧(1)对电表读数问题，要先弄清楚电表的精确度，即每小格的数值，再确定估读的方法，是eq \f(1,2)、eq \f(1,5)还是eq \f(1,10)估读，明确读数的小数位数.(2)多用电表的使用问题，在弄清其基本原理的基础上，会选择测量项目及量程、挡位，能区分机械调零和欧姆调零的区别，掌握测量电阻的步骤，此外，会看多用电表表盘，最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度，读出表盘刻度后应乘以挡位倍率；中间刻度是均匀的，为测量电压和电流的读数刻度，下面三排数字为方便读数所标注；最下排刻度专为测量2.5 V以下交流电压所用，一般较少使用.3.欧姆表的原理(1)欧姆表内有电源，红表笔与内部电源负极相连，黑表笔与内部电源的正极相连，故其电流方向为“红表笔流进，黑表笔流出”.(2)测电阻的原理是闭合电路欧姆定律.当红、黑表笔短接时，调节滑动变阻器R0(即欧姆调零)，使灵敏电流计满偏，Ig＝eq \f(E,Rg＋R0＋r)，此时中值电阻R中＝Rg＋R0＋r，当两表笔接入电阻Rx时I＝eq \f(E,Rg＋R0＋r＋Rx)，电阻Rx与电路中的电流相对应，但不是线性关系，故欧姆表刻度不均匀.4.欧姆表使用六注意(1)选挡接着调零；(2)换挡重新调零；(3)待测电阻与电路、电源要断开；(4)尽量使指针指在表盘中间位置附近；(5)读数之后要乘以倍率得阻值；(6)用完后，选择开关要置于“OFF”挡或交流电压最高挡.例1　(1)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器，请完成下列问题：图1在使用多用电表测量时，指针的位置如图1甲所示，若选择开关拨至“×1”挡，则测量的结果为________ Ω；若选择开关拨至“50 mA”挡，则测量结果为________ mA.(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图乙所示，电池的电动势为E、内阻为r，R0为调零电阻，Rg为表头内阻，电路中电流I与待测电阻的阻值Rx关系图象如图丙所示，则该图象的函数关系式为__________________；(3)下列根据图丙中I－Rx图线作出的解释或判断中正确的是________.A.因为函数图线是非线性变化的，所以欧姆表的示数左小右大B.欧姆表调零的实质是通过调节R0使Rx＝0时电路中的电流I＝IgC.Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密右疏D.测量中，当Rx的阻值为图丙中的R2时，指针位于表盘中央位置的右侧解析　(1)所测的电阻R＝18×1 Ω＝18 Ω.选择开关拨至“50 mA”挡，电流为I＝22.6 mA.(2)根据闭合电路欧姆定律得：I＝eq \f(E,R总)＝eq \f(E,r＋R0＋Rg＋Rx).(3)因Rx＝eq \f(E,I)－r－R0－Rg，函数图线是非线性变化的，当电流较大时电阻较小，当电流较小时电阻较大，A错误；当Rx＝0，I＝eq \f(E,r＋R0＋Rg)，此时电流为满偏电流，B正确；Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密右疏，C正确；测量中，当Rx的阻值为图丙中的R2时，电流比半偏电流小，指针位于表盘中央位置的左侧，D错误.选B、C.答案　(1)18　22.6(22.4～22.8)　(2)I＝eq \f(E,r＋R0＋Rg＋Rx)　(3)BC变式训练1.某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ.步骤如下：(1)用20分度的游标卡尺测量其长度如图2甲所示，可知其长度为________ mm；(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，可知其直径为________ mm；(3)用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙所示，则该电阻的阻值约为________ Ω .图2答案　(1)50.15　(2)4.700　(3)220 解析　(1)游标卡尺的读数为L＝50 mm＋3×0.05 mm＝50.15 mm；(2)螺旋测微器的读数为D＝4 mm＋0.5 mm＋20.0×0.01 mm＝4.700 mm；(3)欧姆表的读数为R＝22×10 Ω＝220 Ω.2.已知G表的内阻Rg为990 Ω，满偏电流Ig＝100 μA.用它改装成如图3所示的一个多量程多用电表，电流、电压和电阻的测量都各有两个量程(或分度值)不同的挡位.1、2两个挡位为电流表挡位，其中的大量程是小量程的10倍.图3(1)关于此多用电表，下列说法错误的是__________.A.当转换开关S旋到位置4时，是电阻挡B.当转换开关S旋到位置6时，是电压挡C.转换开关S旋到5的量程比旋到6的量程大D.A表笔为红表笔，B表笔为黑表笔(2)图中电源电动势均为3.5 V，当把选择开关S旋到位置4，在AB之间接3 500 Ω电阻时，表头G刚好半偏，该测量过程操作的顺序和步骤都正确无误，则R1＝____ Ω，R2＝______ Ω.答案　(1)C　(2)11　99解析　(1)当转换开关S旋到位置4时，表头与电表中的电源相连接，是电阻挡，A正确；当转换开关S旋到位置6时，表头与电阻串联，电阻起分压作用，是电压挡，B正确；当转换开关S旋到5串联的电阻小于旋转到6串联的电阻，可知旋转到6，串联的电阻分压作用大，电压表量程大，C错误；根据电流“红进黑出”可知，B表笔为黑表笔，A表笔为红表笔，D正确.因选错误的，故选C.(2)由题知，在AB之间接3 500 Ω电阻时，表头G刚好半偏，即改装后电流表的总内阻R内＝3 500 Ω，当转换开关S在2时(如图a)，电流表量程为I2g＝eq \f(E,R内)＝eq \f(3.5,3 500) A＝1 mA.由题知，转换开关S在1(如图b)时，电流表的量程为I1g＝10 mA，由串并联电路特点得：eq \f(IgRg,R1＋R2)＋Ig＝I2g，eq \f(IgRg＋R2,R1)＋Ig＝I1g ，联立解得R1＝11 Ω，R2＝99 Ω.考题二　伏安法测电阻1.仪器的选择(1)电源的选择：一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源.(2)电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电路的最大电流选择电流表；电表的指针摆动的幅度不宜较大，一般应使指针能达到半偏左右.2.电路的选择(1)测量电路的选择(2)控制电路的选择：①从节能的角度考虑，优先选用限流式.②以下三种情况必须用分压式：a.要求待测电路的U、I从0变化.b.R滑≪Rx.c.选用限流式，Ux、Ix过大(超过电流表量程，烧坏电表、电源或用电器等).3.伏安法测电阻的常规设计实验需要一个电流表和一个电压表，利用欧姆定律求其电阻.但有时题目中缺少电压表或缺少电流表，或电压表、电流表的量程不符，这时可以把已知内阻的电流表当作电压表来使用，把已知内阻的电压表当作电流表来使用，甚至可以把已知内阻的电流表(或电压表)和电阻箱改装成符合要求的电压表(或电流表).4.定值电阻作为保护电阻，是定值电阻最常见的应用近几年考题当中，经常出现用阻值已知的定值电阻(或电阻箱)充当电压表，或用阻值已知的定值电阻(或电阻箱)充当电流表.例2　发光二极管在生产和生活中得到了广泛的应用，如图4所示是一种发光二极管的实物图，正常使用时，带“＋”号的一端接高电势，带“－”号的一端接低电势，某同学想描绘它的伏安特性曲线，实验测得它两端的电压U和通过它的电流I的数据如下表所示.图4(1)实验室提供的器材如下：A.电压表(量程0～3 V，内阻约10 kΩ)B.电压表(量程0～15 V，内阻约25 kΩ)C.电流表(量程0～50 mA，内阻约50 Ω)D.电流表(量程0～0.6 A，内阻约1 Ω)E.滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω，允许最大电流3 A)F.电源(电动势6 V，内阻不计)G.开关，导线若干该同学做实验时，电压表选用的是________，电流表选用的是________.(填选项字母)(2)请在图5中以笔画线代替导线，按实验要求将实物图中的连线补充完整.图5(3)在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片应置于最________端；(填“左”或“右”).(4)根据表中数据，在图乙所示的坐标纸中画出该发光二极管的I－U图线.(5)由I－U图线可知：二极管的电阻值随工作电压的增大而________(填“不变”“增大”或“减小”)(6)若此发光二极管的最佳工作电流为10 mA，现将此发光二极管与电动势为3 V、内阻不计的电池组相连，还需串联一个阻值R＝________的电阻，才能使它工作在最佳状态.(结果保留三位有效数字)解析　(1)由表中数据可知：最大电压为2.8 V，电压表选A；最大电流为30 mA，电流表选C；(2)因电压、电流要从0测起，滑动变阻器用分压式接法；二极管的电阻更接近电流表的内阻，故电流表用外接法，实物图的连接如图甲.(3)因滑动变阻器是分压式接法，在开始前滑动变阻器的滑片应置于最左端；(4)根据表中数据，在图上描出各点，用光滑的曲线连接起来，如图乙.(5)由图线可知，二极管的电阻值随电压的增大而减小；(6)根据U－I图线，当二极管的工作电压为1.9 V时，工作电流约为10 mA，串联电阻上分到电压应为1.1 V，故应串联的电阻为：R＝eq \f(1.1,0.01) Ω＝110 Ω.答案　(1)A　C　(2)见解析图甲　(3)左(4)见解析图乙　(5)减小　(6)110 Ω变式训练3.使用理想电压表、理想电流表、滑动变阻器、直流电源等仪器，研究一只小灯泡完整的伏安特性，测得I－U图象如图6甲所示.已知滑动变阻器滑动片的有效移动长度为30 cm，变阻器的最大阻值为22.5 Ω，电源电动势为6 V，内阻不计.图6(1)在图乙的虚线框内，不改变滑动变阻器和电源的位置，补上电压表、电流表、灯泡，画出完整的电路图.要求滑动变阻器的滑动片向左滑动时，灯泡的电压增大.(2)根据I－U图象可知：从A到B的过程中灯泡的电阻逐渐________(选填“增大”或“减小”)，改变的阻值为________ Ω.(3)在获得A→B段图线数据的过程中，滑动变阻器的滑动片向左移动了________ cm的长度.答案　(1)电路图如图所示　(2)增大　5　(3)10解析　(1)滑动变阻器采用分压接法，电流表内、外接法均可，滑动片左移灯泡电压变大，电路图如图所示.(2)由I—U图象可知，从A到B的过程中灯泡的电阻逐渐增大，由欧姆定律得：电阻的改变量ΔR＝RB－RA＝eq \f(UB,IB)－eq \f(UA,IA)＝5 Ω.(3)由I—U图象可知，灯泡两端电压为U并＝3 V，滑动变阻器左半段电压为6 V－3 V＝3 V，通过灯泡的电流为IL＝0.2 A，由串并联电路特点有(eq \f(3,R)＋0.2)(22.5－R)＝3，得R＝15 Ω；与灯泡并联的滑动变阻器电阻丝长度eq \f(15,22.5)×30 cm＝20 cm，在获得A→B段图线数据的过程中，滑动变阻器的滑动片向左移动了30 cm－20 cm＝10 cm.4.某待测电阻Rx的阻值在80～100 Ω之间，现要测量其阻值，实验室提供如下器材：图7A.电流表A1(量程30 mA，内阻r1＝10 Ω)B.电流表A2(量程150 mA，内阻r2约为30 Ω)C.电压表V(量程15 V，内阻约为10 kΩ)D.定值电阻R0＝20 ΩE.滑动变阻器R(最大电阻约10 Ω)F.电源E(电动势为4 V)G.开关S和导线若干(1)如果用图7甲来测量Rx，测得的电阻将________真实值(填“大于”“小于”或“等于”)；(2)如果用图乙来测量Rx，测量电流表A1和A2的读数分别为I1和I2，则Rx＝________；(3)根据提供的器材要完成此实验，甲、乙两同学分别设计了如图甲、乙两种电路，你认为图________更合适.答案　(1)小于　(2)eq \f(I2－I1,I1)R0－r1　(3)乙解析　(1)因待测电阻Rx是小电阻，如果用图甲来测量Rx，由于电压表的分流作用，故测得的电阻将小于真实值.(2)如果用乙图来测量Rx，根据欧姆定律有，并联部分电压为：U＝(I2－I1)R0；且U＝I1(Rx＋r1)，故Rx＝eq \f(I2－I1,I1)R0－r1.考题三　测定电源的电动势和内阻测量电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律，数据处理的主要思想方法是“化曲为直”，常用的方法有三种：1.伏安法——利用电压表和电流表.闭合电路方程为E＝U＋Ir，利用两组数据，联立方程求解E和r；也可作出U－I图象，图线的纵截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻.2.伏阻法——利用电压表和电阻箱.闭合电路方程为E＝U(1＋eq \f(r,R)).利用两组数据联立方程求解或将方程线性化，处理为eq \f(1,U)＝eq \f(r,E)·eq \f(1,R)＋eq \f(1,E)或U＝－req \f(U,R)＋E，作eq \f(1,U)－eq \f(1,R)图象或U－eq \f(U,R)图象，利用图线的截距和斜率求E和r.3.安阻法——利用电流表和电阻箱.闭合电路方程为E＝I(R＋r)，利用两组数据联立方程求解或将方程线性化，处理为eq \f(1,I)＝eq \f(1,E)·R＋eq \f(r,E)，作eq \f(1,I)－R图象，利用图线的截距和斜率求E和r.例3　某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：A.被测干电池一节B.电流表1：量程0～0.6 A，内阻r＝0.3 ΩC.电流表2：量程0～0.6 A，内阻约为0.1 ΩD.电压表1：量程0～3 V，内阻未知E.电压表2：量程0～15 V，内阻未知F.滑动变阻器1：0～10 Ω，2 AG.滑动变阻器2：0～100 Ω，1 AH.开关、导线若干伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差，在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻.(1)在上述器材中请选择适当的器材(填写器材前的字母)：电流表选择________，电压表选择__________，滑动变阻器选择___________.(2)实验电路图应选择图8中的________(填“甲”或“乙”)；(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U－I图象，则在修正了实验系统误差后，干电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω.图8解析　(1)一节干电池的电动势约为1.5 V，电压表选D；电流表的量程为0～0.6 A，且明确电流表内阻，电流表选B；滑动变阻器阻值较小利于电表的数值变化，滑动变阻器选F.(2)因电流表B的内阻已知，可将电流表内阻等效为电源内阻，求出等效电阻后，再求出实际电源内阻，故选用甲图；(3)由U－I图可知，电源的电动势E＝1.5 V；等效内电阻r′＝eq \f(ΔU,ΔI)＝1 Ω；则干电池内阻为r＝1 Ω－0.3 Ω＝0.7 Ω.答案　(1)B　D　F　(2)甲　(3)1.5　0.7变式训练5.某同学设计了如图9甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2的阻值.实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V(量程为3 V，内阻很大)，电阻箱R(0～99.99 Ω)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干.图9(1)先测电阻R1的阻值.请将该同学的操作补充完整：A.闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1.B.保持电阻箱示数不变，__________，读出电压表的示数U2.C.则电阻R1的表达式为R1＝__________.(2)该同学已经测得电阻R1＝3.2 Ω，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值，其做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的eq \f(1,U)－eq \f(1,R)图线，则电源电动势E＝____ V，电阻R2＝_____ Ω.答案　(1)将S2切换到b　eq \f(U2－U1,U1)R0　(2)2　0.8解析　(1)由题知，为了多测数据，应将S2切换到b；由欧姆定律有：U2＝I(R0＋R1)，U1＝IR0，联立解得：R1＝eq \f(U2－U1,U1)R0；(2)根据E＝U＋eq \f(U,R)(R1＋R2)，变形得：eq \f(1,U)＝eq \f(1,E)＋eq \f(1,R)·eq \f(R1＋R2,E)，对比图象有：eq \f(1,E)＝0.5，得：E＝2 V；eq \f(R1＋R2,E)＝eq \f(1.5－0.5,0.5)＝2.0，R1＝3.2 Ω，得：R2＝0.8 Ω. 6.甲同学利用如图10所示的电路测定电源的电动势和内阻，提供的器材有：A.干电池两节，每节电动势约为1.5 V，内阻未知B.直流电压表V1、V2，内阻很大C.直流电流表A，内阻可忽略不计D.定值电阻R0，阻值未知，但不小于5 ΩE.滑动变阻器F.导线和开关(1)请根据所给电路图，以笔画线代表导线，在图11的实物图上将所缺导线画上.图10图11(2)甲同学利用该电路完成实验时，由于某根导线发生断路故障，导致一只电压表始终没有读数，因此只记录了一只电压表和电流表的示数，如下表所示：利用表格中的数据在图12中作出U－I图象.图12(3)由图象可知，两节干电池总电动势为________ V，总内阻为________ Ω.由计算得到的数据可以判断，能够示数的电压表应为表________(选填“V1”或“V2”).答案　(1)、(2)见解析图(3)2.90　3.50　V1解析　(1)根据电路图，在给出的实物图上画出所缺的导线，如图甲所示；(2)将(I，U)作为坐标值将各点描出，并用直线将各点相连，作图象如图乙所示；(3)由U＝E－Ir知；对比图象得E＝2.90 V，r＝eq \f(2.90－1.92,0.28) Ω＝3.50 Ω；若示数为V2的，则测量的内电阻一定有R0，而定值电阻大于5 Ω，故说明读数只能是V1的.考题四　电学创新拓展实验高考中电学实验要拿到满分，考生应注意以下“三”个方面：第一：认真完成课本上的每一个实验.知道每一个实验的目的，掌握每一个实验的原理，熟悉每一个实验步骤，领会每一个实验步骤的作用，学会每一个实验仪器的使用，学会每一个实验的处理方法，弄清每一个实验误差的来源等.第二：对于给出实验电路图的创新性实验，要注意从原理出发，理解实验方法，找出图象中两个物理量之间的关系，理想图象中图线的斜率和截距的物理意义.第三：对于设计性实验，要注意从原理出发找方法，选器材，定方案.高考中，对设计性实验的考查，一般不直接采用课本上的设计方案，但是其设计理念均取材于课本中的必考实验，因此考生要对课本上的每一个实验做到心中有数.例4　某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻Rt(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt＝a＋kt，a＞0，k＞0).设计电路如图13所示，并按如下步骤进行操作：图13(1)按电路图连接好实验器材； (2)将滑动变阻器滑片P滑到a端，单刀双掷开关S掷于c端，调节滑片P使电流表满偏，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路；(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准电流表的示数下降5 ℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关，请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I＝__________(用题目中给定的符号)；(4)根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表，根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在________侧(填“左”或“右”)，刻度线分布是否均匀？________(填“是”或“否”).解析　(3)由题知Rt＝a＋kt，由闭合电路的欧姆定律可得，I＝eq \f(E,R＋Rt)＝eq \f(E,R＋a＋kt).(4)由上式可知，温度越高，电流表中的电流值越小，则低温刻度在表盘的右侧；由于电流与温度的关系不是线性函数，所以表盘的刻度是不均匀的.答案　(3)eq \f(E,R＋a＋kt)　(4)右　否变式训练7.图14甲图是乙图所示多用电表欧姆×1 k挡的工作电池，外壳上印着标称电动势9 V，但A、B两极极性没有标示.图14(1)实验小组甲同学选择多用电表的直流电压挡对电池测量：将(＋)(－)表笔分别与A、B相连时电表指针反偏；对调连接，电表有了正常示数；再在A、B两极间接入一只200 Ω电阻，电表示数减小(如电表刻度盘所示).由以上测量可以确定电池的正极是________(填“A”或“B”).(2)接着要测量这个电池的电动势E和内电阻r.乙同学说至少还需要电流表、电压表、滑动变阻器；丙同学说至少还需要电阻箱；丁同学说不再需要什么，利用甲的实验数据就可以了.显然丁同学设计的方案不再需要实验操作，他能得到电池的电动势和内电阻么？若能，写出结论；若不能，简述理由________________.(3)最后按图丙所示电路对该电池进行放电实验.实验中通过适时调整滑动变阻器，保持电流表示数为10 mA不变，每分钟记录一次电压表示数，实验历时20分钟.将各组电压—时间数据在坐标纸上描点作图，经拟合，可认为电压由6.2 V均匀下降到5.8 V.则这次放电过程中通过电流表的电量是________ C，电流表和变阻器消耗的电能是________ J.答案　(1)B　(2)E＝7.0 V　r＝80 Ω　(3)12　72解析　(1)电压表接入电路中时，正极应与电源正极相连，将(＋)(－)表笔分别与A、B相连时电表指针反偏；对调连接，电表有了正常示数，说明B极为正极；(2)电池外壳上印着标称电动势9 V，则直流电压表的量程取10 V，直接接在电源两端时，测量电源电动势，由图乙可知E＝7.0 V，在A、B两极间接入一只200 Ω电阻时，由图乙可知，电压表示数为5.0 V，根据闭合电路欧姆定律得：U＝E－eq \f(U,R)r，代入数据得：5.0＝7.0－eq \f(5.0,200)r，得：r＝80 Ω.(3)这次放电过程中通过电流表的电量是q＝It＝12 C，电流表和变阻器的平均电压eq \x\to(U)＝eq \f(6.2＋5.8,2) V＝6 V，则电流表和变阻器消耗的电能Q＝eq \x\to(U)It＝6×12 J＝72 J.专题规范练1.在探究规格为“4.0 V　2.0 W”的小灯泡L的伏安特性曲线实验中，可供选用的器材如下：小灯泡L：“4.0 V　2.0 W”； 电流表A1：量程3.0 A，内阻约为0.1 Ω；电流表A2：量程0.6 A，内阻约为0.2 Ω；电压表V：量程3.0 V，内阻RV＝9.0 kΩ；定值电阻R1：阻值2.0 kΩ；定值电阻R2：阻值4.5 kΩ；定值电阻R3：阻值12.0 kΩ；定值电阻R4：阻值18.0 kΩ；滑动变阻器R：阻值范围0～10 Ω；学生电源E：电动势6.0 V，内阻不计；开关S及导线若干.(1)电流表应选____，定值电阻选________(在R1、R2、R3、R4中选一个).(2)在方框中画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号.(3)小雨同学采用同样的方法进行实验，检查实验电路连接正确，然后闭合开关，调节滑动变阻器滑片，发现电流表和电压表指针始终不发生偏转.在不断开电路的情况下，检查电路故障，应使用多用电表________(选填“欧姆×10”“直流电压10 V”或“直流电流2.5 mA”)挡，检查过程中将多用电表的红、黑表笔与电流表“＋”、“－”接线柱接触时，多用电表指针发生较大偏转，说明电路故障是______________________.答案　(1)A2　R2　(2)见解析图　(3)直流电压10 V　电流表断路解析　(1)由题知，小灯泡额定电流约为I＝eq \f(P,U)＝eq \f(2.0,4.0) A＝0.5 A，故选A2；因电压表量程为3 V，小于灯泡的额定电压，为了完成测量，要串联定值电阻扩大量程，且改装后量程略大于4 V，由改装原理得：串联电阻至少应R＝eq \f(4－3,\f(3,9)) kΩ＝3 kΩ，故选R2；(2)小灯泡电阻R＝eq \f(U2,P)＝eq \f(42,2) Ω＝8 Ω，为小电阻，电流表用外接法，且变阻器用分压式接法，故原理图如图所示.(3)由题知，在不断开电路测量时，只能用电压挡测量，故选用直流电压10 V挡；检查过程中将多用电表的红、黑表笔与电流表“＋”、“－”接线柱接触时，多用电表指针发生较大偏转，说明电路故障是电流表断路.2.某课外小组在参观工厂时，看到一丢弃不用的电池，同学们想用物理上学到的知识来测定这个电池的电动势和内阻，已知这个电池的电动势约为11～13 V，内阻小于3 Ω，由于直流电压表量程只有3 V，需要将这只电压表通过连接一固定电阻(用电阻箱代替)，改装为量程为15 V的电压表，然后再用伏安法测电池的电动势和内阻，以下是他们的实验操作过程：(1)把电压表量程扩大，实验电路如图1甲所示，实验步骤如下，完成填空：第一步：按电路图连接实物第二步：把滑动变阻器滑片移到最右端，把电阻箱阻值调到零第三步：闭合开关，把滑动变阻器滑片调到适当位置，使电压表读数为3 V第四步：把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为________ V第五步：不再改变电阻箱阻值，保持电压表和电阻箱串联，撤去其他线路，即得量程为15 V的电压表.图1(2)实验可供选择的器材有：A.电压表(量程为3 V，内阻约2 kΩ)B.电流表(量程为3 A，内阻约0.1 Ω)C.电阻箱(阻值范围0～9 999 Ω)D.电阻箱(阻值范围0～999 Ω)E.滑动变阻器(阻值为0～20 Ω，额定电流2 A) F.滑动变阻器(阻值为0～20 kΩ)则电阻箱应选________，滑动变阻器应选________.(3)用该扩大了量程的电压表(电压表的表盘没变)，测电池电动势E和内阻r，实验电路如图乙所示，得到多组电压U和电流I的值，并作出U－I图线如图丙所示，可知电池的电动势为________ V，内阻为________ Ω.答案　(1)0.6　(2)C　E　(3)11.5　2.5解析　(1)将3 V电压表改装成15 V量程，串联电阻箱后的内阻是原来内阻的5倍，由于滑动变阻器的位置不变，分压部分的两端电压仍为3 V，此时电压表读数为0.6 V.(2)改装电压表需要串联大电阻，故选C；在分压电路中为方便调节，选用阻值较小的滑动变阻器，故选E.(3)由图丙知，当外电路断路时，电压表的电压为U＝2.3 V，电源的电动势为E＝2.3×5 V＝11.5 V，内阻为r＝eq \f(ΔU,ΔI)＝eq \f(2.3－1.5×5,1.6) Ω＝2.5 Ω.3.热敏电阻是传感电路中常用的电子元件. 某实验小组欲探究通过热敏电阻R1(常温下阻值约为10 Ω)的电流随其两端电压变化的特点.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越大，负温度系数电阻器(NTC)在温度升高时电阻值越小，现提供下列器材：A.电流表A1(量程100 mA，内阻约1 Ω)B.电流表A2(量程1.0 A，内阻约0.3 Ω)C.电压表V1(量程3.0 V，内阻约3 kΩ)D.电压表V2(量程10.0 V，内阻约10 kΩ)E.滑动变阻器R(最大阻值为10 Ω)F.电源E(电动势15 V，内阻忽略)G.开关，导线若干(1)该小组测出热敏电阻R1的U－I图线如图2曲线Ⅰ所示，该热敏电阻是________热敏电阻(填“PTC”或“NTC”).图2(2)请在所提供的器材中选择必需的器材，电流表应选________，电压表应选________(填写器材前面的字母)；并在虚线框中画出该小组设计的电路图.(3)该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U－I图线如曲线Ⅱ所示.然后将热敏电阻R1、R2分别与某电池组连成如图3所示电路.测得通过R1和R2的电流分别为0.30 A和0.60 A，则该电池组的电动势为______ V.(结果保留三位有效数字)图3答案　(1)PTC 　(2)B　D　见解析图　(3)10.0解析　(1)由图知，电阻随温度的升高而增大，R1为PTC热敏电阻；(2)电路最大电流约为I＝eq \f(E,R)＝eq \f(15,10) A＝1.5 A，电流表选B；电源电动势为15 V，电压表选D；加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大，滑动变阻器用分压接法，由于热敏电阻的阻值远小于电压表内阻，电流表用外接法，电路图如图所示；(3)因E＝U＋Ir，由题图曲线可知，电流为0.30 A时，电阻R1两端电压为8.0 V，电流为0.60 A时，电阻R2两端电压为6.0 V，则有：E＝8.0＋0.3r，E＝6.0＋0.6r，联立得E＝10.0 V.4.为了测定一段由均匀材料制成的圆柱体的电阻率(电阻在200～250 Ω之间)，现给定电压表V(量程6 V、内阻约为5 kΩ)、电流表A(量程30 mA、内阻约为40 Ω)、滑动变阻器R(0～15 Ω)、电源(E＝6 V)、开关S及导线若干.(1)设计测量圆柱体电阻Rx的电路图，并画在虚线框内；(2)如图4所示中的6个点分别表示实验中测得的6组电压表U和电流表I的值，试根据图求出圆柱体电阻Rx＝________ Ω(结果保留2位有效数字)；图4(3)用50分度的游标卡尺测得该圆柱体的长度l如图5甲所示，则l＝________ mm；用螺旋测微计测圆柱体的直径d如图乙所示，则d＝________ mm.图5(4)由以上数据求出ρ＝___________ Ω·m(保留两位有效数字).答案　(1)见解析图　(2)2.3×102　(3)11.06　2.000　(4)6.5×10－2解析　(1)由题知，电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表用外接法，为测多组实验数据，滑动变阻器用分压接法，电路图如图甲所示：(2)根据坐标系内描出的点作出图象如图乙所示：由图象可知，待测电阻阻值：Rx＝eq \f(U,I)＝eq \f(4.6 V,0.020 A)＝2.3×102 Ω；(3)游标卡尺的读数l＝11 mm＋3×0.02 mm＝11.06 mm；螺旋测微器的读数d＝2.0 mm＋0×0.01 mm＝2.000 mm；(4)由Rx＝ρeq \f(l,S)＝ρeq \f(l,π\f(d,2)2)，得ρ＝eq \f(πRxd2,4l)≈6.5×10－2 Ω·m.5.某实验小组设计了如图6甲的电路，其中RT为热敏电阻，电压表量程为3 V，内阻RV约10 kΩ，电流表量程为0.5 A，内阻RA＝4.0 Ω，R为电阻箱.图6(1)该实验小组首先利用该电路进行描绘热敏电阻的伏安特性曲线的实验.闭合开关，调节电阻箱，记录不同情况下电压表示数U1、电流表的示数I和电阻箱的阻值R，在I－U坐标系中，将各组U1、I的数值标记在相应位置，描绘出热敏电阻的部分伏安特性曲线，如图乙中曲线所示.为了完成该实验，应将导线c端接在________(选填“a”或“b”)点；(2)利用(1)中记录的数据，通过分析计算可得外电路的电压U2，U2的计算式为_____________；(用U1、I、R和RA表示)(3)实验小组利用(2)中的公式，计算出各组的U2，将U2和I的数据也描绘在I－U坐标系中，如图乙中直线所示，根据图象分析可知，电源的电动势E＝________ V，内电阻r＝______ Ω；(4)实验中，当电阻箱的阻值调到8.5 Ω时，热敏电阻消耗的电功率P＝________ W.(保留两位有效数字)答案　(1)a　(2)U2＝U1＋I(R＋RA)　(3)6.0　5.0　(4)0.48解析　(1)利用伏安法测电阻，由图象可知热敏电阻的阻值远小于电压表电阻，所以采用电流表外接法，故导线c端应接在a点；(2)路端电压U2等于外部各部分上的电压之和，由串并联电路规律得外电压：U2＝U1＋I(R＋RA)(3)由伏安特性曲线得，电源的电动势为E＝6.0 V，内电阻r＝eq \f(6－4,0.4) Ω＝5.0 Ω.(4)把电流表、电阻箱和电源作为等效电源，其等效电源内阻r0＝4.0 Ω＋8.5 Ω＋5.0 Ω＝17.5 Ω；在I－U图象中作等效电源的伏安特性曲线，如图所示；与热敏电阻的伏安特性曲线的交点坐标(2.4,0.2)，故热敏电阻的电功率P＝2.4×0.2 W＝0.48 W.6.一位同学想测量一个有清晰刻度，但没有示数，量程、内电阻未知的电流表Ax，为了测量电流表Ax的量程和内电阻，可以使用的实验器材如下： 图7A.电源(电动势约4 V，内电阻忽略不计)B.待测电流表Ax (量程和内电阻未知)C.标准电流表A0(量程0.6 A，内电阻未知)D.电阻箱(阻值范围0～999.9 Ω)E.滑动变阻器(阻值为0～20 Ω)F.滑动变阻器(阻值为0～20 kΩ)G.开关S和导线若干 该同学的实验操作过程为： (1)将实验仪器按图7所示电路连接，滑动变阻器R0应选________(选填仪器前的字母序号); (2)将电阻箱R1的阻值调至最大，将滑动变阻器的滑片P移至某一位置，闭合开关S；接着调节电阻箱，直至电流表Ax满偏，记录此时电阻箱的阻值和标准电流表A0的示数； (3)移动滑片P至滑动变阻器的另一位置，再次调节电阻箱R1直至电流表Ax满偏，记录此时电阻箱的阻值和标准电流表A0的示数； (4)重复步骤(3)3～5次； (5)该同学记录了各组标准电流表A0的示数I和电阻箱的阻值R1的数据，并作出I－eq \f(1,R1)图线； (6)根据图8图线可以求得电流表Ax的量程为______ A，内电阻为________ Ω.将电流表Ax与一个阻值为________ Ω的电阻串联就可以组成量程为3 V的电压表.图8答案　(1)E　(6)0.3　0.5　9.5解析　(1)滑动变阻器因接成分压电路，故R0应选阻值较小的E；(6)由并联电路的特点可知：(I－Ig)R1＝IgRg，解得I＝IgRgeq \f(1,R1)＋Ig，由图线可知：Ig＝0.3 A；IgRg＝k＝0.15，解得Rg＝0.5 Ω；将电流表Ax与一个阻值为R＝eq \f(U,Ig)－Rg＝eq \f(3,0.3) Ω－0.5 Ω＝9.5 Ω的电阻串联就可以组成量程为3 V的电压表.7.二极管是一种半导体元件，它的符号为，其特点是具有单向导电性，即电流从正极流入时电阻比较小，而从负极流入时电阻比较大.(1)某课外兴趣小组想要描绘某种晶体二极管的伏安特性曲线.因二极管外壳所印的标识模糊，为判断该二极管的正、负极，他们用多用电表电阻挡测二极管的正、反向电阻.其步骤是：将选择开关旋至合适倍率，进行欧姆调零，将黑表笔接触二极管的左端、红表笔接触右端时，指针偏角比较小.然后将红、黑表笔位置对调后再进行测量，指针偏角比较大，由此判断________端为二极管的正极.(选填“左”或“右”) (2)厂家提供的伏安特性曲线如图9所示，为了验证厂家提供的数据，该小组对加反向电压时的伏安特性曲线进行了描绘，可选用的器材有：图9A.直流电源E：电动势5 V，内阻忽略不计B.直流电源E：电动势50 V，内阻忽略不计C.滑动变阻器：0～20 ΩD.电压表V1：量程45 V、内阻约500 kΩE.电压表V2：量程3 V、内阻约20 kΩF.电流表A：量程0.6 A、内阻约400 ΩG.电流表mA：量程50 mA、内阻约5 ΩH.待测二极管DI.单刀单掷开关S，导线若干①为了提高测量结果的准确度，选用的器材为_________.(填序号字母)②为了达到测量目的，请在图10虚线框内画出正确的实验电路原理图.图10③为了保护二极管，反向电压不要达到40 V，请你对本实验的设计或操作提出一条合理的建议：_________________________________________________________________________.答案　(1)右　(2)①BCDGHI　②原理图如图　③a.在二极管支路串入一阻值合适的限流电阻起保护作用；b.闭合开关前滑动触头停在最左端，向右移动滑动触头时应缓慢进行，同时仔细观察电流表示数变化，以防止电流超过0.2 mA解析　(1)欧姆表内部有电源，当红表笔接触右端时，说明红表笔接入电源的负极；此时指针偏角较小，说明电阻较大，故说明接入了反向电压，故二极管右端应为正极.(2)由题意可知，采用的电源电压为50 V，故为了安全和准确，电压表应选取D；由图可知，最大电流约为30 mA，故电流表应选G，故选BCDGHI；②为了得出完整的图象，应采用分压接法，同时因反向电阻较大，故可以采用电流表内接法，原理图如图；③a.在二极管支路串入一阻值适合的限流电阻起保护作用；b.闭合开关前滑动触头停在最左端，向右移动滑动触头时应缓慢进行，同时仔细观察电流表示数变化，以防止电流超过0.2 mA. 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＝eq \f(U,I)>Rx，偏大R测＝eq \f(U,I)