（新课标）2020版高考物理大二轮复习 专题七 物理实验 第二讲 电学实验教学案

1 第二讲第二讲 电学实验电学实验 答案 1 以下三种情况必须采用分压接法 要使待测元件的电压 或电流 从零 或很小值 开始连续调节 必须采用分压接法 如果实验所提供的电压表 电流表或电阻元件允许的最大电流 或电压 较小 采用 限流接法时 实际电流 或电压 都会超过允许的最大电流 或电压 为了保护电表或电阻 元件免受损坏 必须采用分压接法 若所用的滑动变阻器阻值远小于待测电阻阻值 采用限流式接法时电表示数变化不 大 必须采用分压接法 2 伏安法 安安法 伏伏法 半偏法 等效替代法 3 测电源电动势和内阻方法拓展 实验方案伏阻法安阻法 实验原理 e u r u r e ir ir 实验电路 数据 处理 计算法 由error 解得e r 由error 解得e r 2 数据 处理 图像 法 原理 1 u r e 1 r 1 e 原理 r 1 i 1 e r e 原理 r e r 1 i 误差来源 电压表的分流 e测 e真 r测r真 4 多用电表欧姆挡使用步骤及方法 热点考向一 基本仪器的使用和读数 典例 2019 江西临川模拟 1 用如图所示的多用电表测量电阻 要用到选择开 关 k 和两个部件s t 请根据下列步骤完成电阻测量 3 旋动部件 使指针对准电流的 0 刻线 将 k 旋转到电阻挡 100 的位置 将插入 插孔的表笔短接 旋动部件 使指针对准电阻的 选填 0 刻线 或 刻线 将两表笔分别与待测电阻相接 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 并按 的顺序进行操作 再完成读数测 量 a 将 k 旋转到电阻挡 1 k 的位置 b 将 k 旋转到电阻挡 10 的位置 c 将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接 d 将两表笔短接 旋动合适部件 对电表进行校准 2 如图所示为多用电表的表盘 测电阻时 若用的是 100 挡 则图示的电阻值 为 测直流电流时 用的是 0 100 ma 的量程 此时图示的电流值为 ma 测直流电压时 用的是 0 50 v 量程 此时图示的电压值为 v 思路引领 欧姆表测量前先机械调零 再欧姆调零 电流表 电压表读数要注意最 小分度值 解析 1 机械调零应旋动s 使指针对准电流的 0 刻线 欧姆调零应旋动 t 使表笔短接时指针对准电阻的 0 刻线 指针偏转角度小 说明待测电阻大 所选 倍率偏小 应改选更大的倍率 选好新的倍率后 需对多用电表重新进行欧姆调零 然后 再测电阻 所以应按 adc 顺序操作 4 2 欧姆表读数 刻度盘读数 倍率 17 0 100 1700 选用量程为 0 100 ma 的电流挡时 读数可选取中间第二排刻度 由图可知 此时的电流值为 47 ma 选用量 程为 0 50 v 的电压挡 读数选取中间第二排刻度 由图可知 此时的电压值为 23 5 v 答案 1 s t 0 刻线 adc 2 1700 47 23 5 1 电流表 电压表 欧姆表的对比 2 多用电表的使用方法 1 选倍率 一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率 如估计值为 200 就应该选 10 的倍率 2 进行欧姆调零 3 将红黑表笔接被测电阻两端进行测量 4 将指针示数乘以倍率 得测量值 5 测量结束后 将选择开关扳到 off 或交流电压最高挡 迁移一 电流表及电压表的读数 1 电流表量程一般有两种 0 0 6 a 0 3 a 电压表量程一般有两种 0 3 v 0 15 v 如图甲所示 5 1 接 0 3 v 量程时读数为 v 2 接 0 15 v 量程时读数为 v 3 接 0 3 a 量程时读数为 a 4 接 0 0 6 a 量程时读数为 a 答案 1 1 90 2 9 5 3 0 80 4 0 16 迁移二 多用电表的读数问题 2 如图所示为多用电表的刻度盘 若选用倍率为 100 的欧姆挡测电阻时 表针 如图所示 则 1 所测电阻的阻值为 如果要用此多用电表测量一个阻值约为 2 0 104 的电阻 为了使测量结果比较精确 应选用的欧姆挡是 选填 10 100 或 1 k 2 用此多用电表进行测量 当选用量程为 50 ma 的电流挡测量电流时 表针指于图示 位置 则所测电流为 ma 当 选用量程为 250 ma 的电流挡测量电流时 表针指于图示位置 则所测电流为 ma 3 当选用量程为 10 v 的电压挡测量电压时 表针也指于图示位置 则所测电压为 v 解析 1 欧姆表读数 对应最上一行刻度值为 15 倍率为 100 读数为 1 5 103 测 2 0 104 电阻时应选 1 k 的欧姆挡 2 选 50 ma 直流电流挡 则每一大格表示 10 ma 每一小格表示 1 ma 测量的精确度为 1 ma 应估读到 0 1 ma 此 时为 1 10 估读 指针对应的读数为 30 7 ma 选择量程为 250 ma 的电流挡 则每一大格 表示 50 ma 每一小格表示 5 ma 测量的精确度为 5 ma 应估读到 1 ma 此时为 1 5 估读 指针对应的读数为 153 ma 3 选择 10 v 电压挡 则每一大格表示 2 v 每一小格表示 0 2 v 测量的精确度为 0 2 v 应估读到 0 1 v 此时应为 1 2 估读 指针对应的读数为 6 1 v 6 答案 1 1 5 103 1 k 2 30 7 30 5 30 9 都正确 153 152 154 都正确 3 6 1 多用电表欧姆挡的表盘的刻度不均匀 指针在 0 附近和 附近误差很大 指针在表盘中央附近误差最小 所以测量时一定要选择合适的倍率 尽可能使指针指到表 盘中央附近 热点考向二 以测电阻为核心的实验 典例 2019 江苏卷 某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率 实验操作如 下 1 螺旋测微器如下图甲所示 在测量电阻丝直径时 先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测 微螺杆之间 再旋动 选填 a b 或 c 直到听见 喀喀 的声音 以保 证压力适当 同时防止螺旋测微器的损坏 2 选择电阻丝的 选填 同一 或 不同 位置进行多次测量 取其平均值 作为电阻丝的直径 3 乙图中rx为待测电阻丝 请用笔画线代替导线 将滑动变阻器接入丙图实物电路 中的正确位置 4 为测量rx 利用乙图所示的电路 调节滑动变阻器测得 5 组电压u1和电流i1的值 作出的u1 i1关系图像如下图丁所示 接着 将电压表改接在a b两端 测得 5 组电压 u2和电流i2的值 数据见下表 7 u2 v0 501 021 542 052 55 i2 ma20 040 060 080 0100 0 请根据表中的数据 在方格纸上作出u2 i2图像 5 由此 可求得电阻丝的rx 根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率 思路引领 可根据u i图像的斜率分别求出r0 rx ra和r0 ra 解析 1 a起固定作用 便于读数 b为粗调 调节b使电阻丝与测微螺杆 测砧 刚好接触 然后调节c c起微调作用 2 电阻丝电阻r 测量一段电阻丝的电阻 l s s为这段电阻丝的横截面积 而不是某位置处的横截面积 故应在不同位置进行多次测量 取平均值作为电阻丝的直径以减小误差 4 把u2和i2的数据在方格纸中描点连线 如答 图 2 所示 5 结合题图丁中图线的斜率可知r0 rx ra 49 0 r0 ra 25 5 解 得rx 23 5 答案 1 c 2 不同 3 如图 1 所示 4 如图 2 所示 5 23 5 23 0 24 0 都 算对 常见测电阻的三种方法 1 伏安法测电阻 8 用电压表和电流表测出待测电阻rx的电压u和电流i 1 多测几组u i值 利用rx 求出rx的平均值 u i 2 描绘出u i图像 利用图线的斜率求出rx 2 等效替代法测电阻 实验电路如图所示 电阻r2保持不变 把待测电阻r和电阻箱r1分别接入电路 如果两次电路中的电流相 同 则可以认为待测电阻的阻值r等于此时电阻箱的电阻r1 即r r1 3 半偏法测电阻 1 用半偏法测电流表内阻 如图所示 电阻箱应和电流表并联 然后与滑动变阻器串 联 r测r真 迁移一 半偏法测电流表内阻 1 某同学要把一个量程为 200 a 的直流电流计 g 改装为量程为 4 v 的直流电压表 1 他按如图所示的电路 用半偏法测定电流计 g 的内电阻rg 其中电阻r0约为 1 k 为使rg的测量值尽量准确 在以下器材中 电源e应选用 电阻r1应选用 电阻r2应选用 选填器材前的字母 9 a 电源 电动势 1 5 v b 电源 电动势 6 v c 电阻箱 0 999 9 d 滑动变阻器 0 500 e 电位器 一种可变电阻 与滑动变阻器相当 0 5 1 k f 电位器 0 51 k 2 该同学在开关断开的情况下 检查电路连接无误后 将r2的阻值调至最大 后续 的实验操作步骤依次是 最后记录r1的阻值并 整理好器材 请按合理的实验顺序 选填下列步骤前的字母 a 闭合 s1 b 闭合 s2 c 调节r2的阻值 使电流计指针偏转到满刻度 d 调节r2的阻值 使电流计指针偏转到满刻度的一半 e 调节r1的阻值 使电流计指针偏转到满刻度的一半 f 调节r1的阻值 使电流计指针偏转到满刻度 3 如果所得的r1的阻值为 300 0 则图中被测电流计 g 的内阻rg的测量值为 该测量值 实际值 填 略大于 略小于 或 等于 4 给电流计 g 联 填 串 或 并 一个阻值为 k 的电阻 就可 以将该电流计 g 改装为量程为 4 v 的电压表 解析 1 利用半偏法测量电流计的内阻时 所选滑动变阻器的阻值必须大于电路所 需的最小电阻值 根据电源的路端电压近似等于电源电动势 电路中的最大电流为电流计 的满偏电流 则最小电阻值为 30 k 或 7 5 k 6 0 2 10 3 1 5 0 2 10 3 考虑到保护电路电阻r0 1 k 则可知调节滑动变阻器使电流计满偏时滑动变阻器的阻 值分别接近 29 k 或 6 5 k 所以电路图中的滑动变阻器r2不能选择 d 和 e 只能选择 f 电流计满偏时 滑动变阻器的阻值越大 实验的误差越小 所以电源应选择电动势为 6 v 的 b 而且电位器 f 的阻值也满足调节所需 r1是用来测量电流计内阻的电阻箱 只能选 c 10 2 实验步骤为 第一步 闭合 s2 b 第二步 调节r2的阻值 使电流计满偏 c 第三步 闭合 s1 a 第四步 调节r1的阻值 使电流计半偏 e 第五步 读出r1的示 数 3 r1的示数即待测电流计的内阻 为 300 0 闭合 s1后 电路中的总电阻减小 当 电流计半偏时 干路电流大于电流计的满偏电流 流过电阻箱的电流大于流过电流计的电 流 所以电阻箱的阻值略小于被测电流计的内阻 4 给电流计串联一个电阻可以改装成电压表 可得改装后电压表的内阻为rv um ig 20 k 则串联电阻的大小为 20 k 0 3 k 19 7 k 4 0 2 10 3 答案 1 b c f 2 b c a e 3 300 0 略小于 4 串 19 7 迁移二 等效法测电阻 2 某同学想用如图甲所示的实验电路 测量未知电阻rx的阻值 电流表 a 的内阻和 电源 内阻忽略不计 的电动势 实验过程中电流表的读数始终符合实验要求 1 为了测量未知电阻rx的阻值 他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至 填 最大 或 最小 然后闭合开关 k1 将开关 k2拨至 1 位置 调节r2使 电流表 a 有明显读数i0 接着将开关 k2拨至 2 位置 保持r2不变 调节r1 当调节 r1 34 2 时 电流表 a 读数仍为i0 则该未知电阻的阻值rx 2 为了测量电流表 a 的内阻ra和电源 内阻忽略不计 的电动势e 他将r1的阻值调 到 1 5 r2调到最大 将开关 k2调至 2 位置 闭合开关 k1 然后多次调节r2 并在表 格中记录下了各次r2的阻值和对应电流表 a 的读数i 最后根据记录的数据 他画出了如 图乙所示的图像 利用图像中的数据可求得 电流表 a 的内阻 ra 电源 内阻忽略不计 的电动势e v 解析 1 为了保证电路中用电器的安全 在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值 调至最大 使电路中的电流较小 不会烧坏电流表 由于两次操作电路中电流相等 说明 两次操作电路中的总电阻也相等 故rx 34 2 2 根据闭合电路欧姆定律可知e i r2 ra r1 解得 结合 r2图 1 i r2 e ra r1 e 1 i 11 像的斜率和截距可得e 4 v ra 0 5 答案 1 最大 34 2 2 0 5 4 迁移三 电桥法测电阻 3 2019 黑龙江三市调研 1 如图甲所示为某同学在实验室设计的一电路图 其中 r1 r2 r3为定值电阻 r4为一电阻箱 g 是一灵敏电流表 零刻度在表盘的中央 闭合开 关 当r4调节到某一值时 发现灵敏电流表的示数为零 则此时关于四个电阻阻值的关系 正确的是 a r1 r3 r2 r4 b r1 r4 r2 r3 c r1r4 r2r3 d r1r3 r2r4 2 受上述实验的启发 这位同学又设计了一测量未知电阻阻值的实验 实验所需器材 是 待测电阻r待测 一直流电源 电动势e 3 v 电阻箱r 阻值范围是 0 999 9 一小白炽灯泡 耐压值较高 可用来作指示灯 一均匀但长度未知的直电阻丝ab 电阻丝 上有一个带有绝缘柄的小金属线夹 线夹和电阻丝接触良好 且线夹可在电阻丝上自由滑 动 比电阻丝稍长的毫米刻度尺一把 开关一个 导线若干 a 根据题意 请用线段代替导线把图乙中电路连接完整 b 把线夹夹在电阻丝离a端较近的位置上 闭合开关 s 调整电阻箱 使得小灯泡不 亮 记录电阻箱此时的阻值r1 用刻度尺测量此时a到线夹的距离x1 c 把线夹向右移动 重复上述步骤 分别测量并记录多组r x数据 不少于六组 d 把测得的数据在平面直角坐标系中描绘出来 为了较直观地体现出变量之间的关系 要作出一线性图像 如果图像的纵坐标是电阻箱接入电路的电阻r 则横坐标应该是 e 根据上一步骤 作出的图像在纵轴上的截距的绝对值为r0 图像的斜率为k 则可 12 求得r待测 电阻丝的总长度l f 下列措施能进一步提高上述实验准确性的是 a 电阻箱应改换成阻值较大的滑动变阻器 b 小白炽灯泡应改换成指针式毫伏表 c 直接用欧姆表来测量待测电阻会更准确 快捷 d 用刻度尺测长度时 要多次测量求平均值 解析 1 由题知灵敏电流表示数为零 则 m n 故ur1 ur3 流过r1 r3的电 流分别用i1 i3表示 由欧姆定律有i1 i3 又i1 r1 r2 i3 r3 r4 联立 ur1 r1 ur3 r3 得r1r4 r2r3 选项 c 正确 2 a 连接电路如图所示 d e 设电阻丝单位长度阻值为r 则左边电阻丝阻值为xr 右边电阻丝的阻值为 l x r 由电桥平衡特点得xr r l x rr待测 整理得r r待测l r待测 为保证图 1 x 像是线性的 若纵坐标是r 则横坐标应该是 因为作出的图像在纵轴上的截距的绝对值 1 x 为r0 可知r待测 r0 l k r待测 k r0 f 滑动变阻器接入电路的阻值读不出来 故 a 项错误 电桥是否平衡 通过小灯泡是 否发光来判断 如果不发光就说明电路已经达到平衡 小灯泡的发光效果与通过的电流有 关系 电流越小 发光越弱 但有微弱电流时 可能人眼看不到小灯泡发光 改换成指针 式毫伏表 能更直观判断电桥是否平衡 故 b 项正确 用欧姆表来测量电阻 因刻度不均 匀使读数误差太大 所以精确测量电阻时 不能用欧姆表 故 c 项错误 用刻度尺测长度 时 多次测量求平均值 可以减少偶然误差 故 d 项正确 答案 1 c 2 a 见解析图 d e r0 f bd 1 x k r0 最独特的测量方法 电桥法测电阻 在电阻的测量方法中 有一种很独特的测量方法 那就是电桥法 其测量电路如图所 示 实验中调节电阻箱r3 当a b两点的电势相等时 r1和r3两端的电压相等 设为 13 u1 同时r2和rx两端的电压也相等 设为u2 根据欧姆定律有 由以上两式解得 r1rx r2r3 这就是电桥平衡的 u1 r1 u2 r2 u1 r3 u2 rx 条件 由该平衡条件可求出被测电阻rx的阻值 热点考向三 以测电源电动势和内阻为核心的实验 典例 2018 江苏卷 一同学测量某干电池的电动势和内阻 1 如图 1 所示是该同学正准备接入最后一根导线 图中虚线所示 时的实验电路 请指 出图中在器材操作上存在的两个不妥之处 2 实验测得的电阻箱阻值r和电流表示数i 以及计算的 数据见下表 1 i r 8 07 06 05 04 0 i a0 150 170 190 220 26 a 1 1 i 6 76 05 34 53 8 14 根据表中数据 在方格纸上作出r 关系图像 由图像可计算出该干电池的电动势为 1 i v 内阻为 3 为了得到更准确的测量结果 在测出上述数据后 该同学将一只量程为 100 mv 的 电压表并联在电流表的两端 调节电阻箱 当电流表的示数为 0 33 a 时 电压表的指针位 置如图 2 所示 则该干电池的电动势应为 v 内阻 应为 思路引领 1 利用闭合电路欧姆定律e i r r 变化成r e r 结合r 图像 1 i 1 i 分析是解题关键 2 考虑到电流表内阻 利用闭合电路欧姆定律得e i r r ra 则 r e r ra 1 i 解析 1 在连接电路前 首先要断开开关 电路中串联的电阻箱阻值要调节到最大 所以操作中存在的不足之处是 开关未断开 电阻箱阻值为零 2 根据测量得到的数 据 利用描点法先在坐标图中画出数据点 然后用直尺过尽可能多的点画出倾斜的直线 如图所示 对题图 1 利用闭合电路欧姆定律 可得e i r r 变化成r e r 对 1 i 照作出的r 图像 可知r 图像的斜率等于电池的电动势 可得e 1 4 v r 图像 1 i 1 i 1 i 在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻 可得r 1 2 3 根据电压表的读数规则 题 图 2 中电压表读数u 66 mv 由题述知i 0 33 a 根据欧姆定律可得电流表内阻 ra 0 2 对题图 1 考虑到电流表内阻 利用闭合电路欧姆定律 可得 u i e i r r ra 变化成r e r ra 对照作出的r 图像 可知r 图像的斜率 1 i 1 i 1 i 等于电池的电动势 可得e 1 4 v r 图像在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻与电 1 i 流表内阻之和 可得电池的内阻为 1 0 答案 1 开关未断开 电阻箱阻值为零 2 如图所示 1 4 1 30 1 44 都算 对 1 2 1 0 1 4 都算对 3 1 4 结果与 2 问第一个空格一致 1 0 结果比 2 问第 二个空格小 0 2 15 测量电源电动势和内阻的三个常用方案 方案伏安法伏阻法安阻法 原理e u ir e u r u r e ir ir 电路图 关系式u e ir 1 u r er 1 e 1 i r e r e 图像 纵轴截距 e 斜率大小 r 纵轴截距 1 e 斜率 r e 纵轴截距 r e 斜率 1 e 误差 分析 e测 e真 r测r真 e测 e真 r测r真 迁移一 利用伏安法测定电源电动势和内阻 1 2019 哈尔滨三中模拟 某实验小组正在测定一节新型电池的电动势 约为 3 v 和 内阻 现要选取一个定值电阻r0当作保护电阻 1 首先为了准确测量定值电阻r0的阻值 在操作台上准备了如下实验器材 a 电压表 v 量程为 0 3 v 电阻约为 4 k b 电流表 a1 量程为 0 1 a 内阻约为 0 5 c 电流表 a2 量程为 0 3 a 内阻约为 0 5 d 定值电阻r0 阻值约为 3 16 e 滑动变阻器r 0 10 f 开关 s 一个 导线若干 上述器材中 在测量r0阻值时应选择 填器材前面的序号 为电流表 其实验 电路图应选图甲中的 填图号 经测量定值电阻r0的阻值为 2 8 2 之后为了测量该新型电池的电动势和内阻 设计了如下实验 完成图乙中实验器材 的连接 3 根据实验记录的数据作出u i图线如图丙所示 根据图丙可以求出待测新型电池 的内阻为 电池电动势为 v 保留两位有效数字 解析 1 新型电池的电动势约为 3 v 定值电阻r0的阻值约为 3 则通过定值 电阻r0的最大电流约为 1 a 故在测量r0的阻值时应选择电流表 a1 由于电压表内阻远大 于r0的阻值 故电流表采用外接的方法 即图 a 所示 2 如图所示 3 由电路图可得u e i r0 r 则在u i图线中 图线斜率的绝对值表示定值电 阻和电源内阻之和 即r0 r 3 75 所以电源的内阻r 0 95 由图像可知 u i i 0 1 a 时 有u 2 5 v 代入u e i r0 r 得到e 2 9 v 答案 1 b a 2 见解析图 3 0 95 2 9 迁移二 利用电压表和电阻箱测定电源电动势和内阻 2 某学习小组要测量一电池的电动势和内阻 小于 30 实验室提供的器材有 一 17 个满偏电压为 3 v 内阻为 3 k 的电压表 v1 两个电阻箱 0 9999 9 一个开关和 若干导线 1 由于电压表 v1量程偏小 首先需将电压表改装成量程为 9 v 的电压表 v2 则电压 表 v1应与电阻箱 填 并联 或 串联 并将该电阻箱阻值调为 2 接着用改装的电压表 v2对电池的电动势及内阻进行测量 实验电路如图 1 所示 改变电阻箱r的阻值并记录相应的电压表 v2示数u 进行相关计算后将数据一并记录在下 表中 次数 123456 r 20 040 060 080 0100 0120 0 u v 4 185 716 446 907 048 00 v 1 1 u 0 2390 1750 1550 1450 1420 125 1 1 r 0 0500 0250 0170 0130 0100 008 根据表中数据 图 2 中已描绘出四个点 请将第 3 4 两组数据也描绘在图 2 中 并 作出 图线 1 u 1 r 根据图线可得电池的电动势e v 内阻r 结果保留三位有 效数字 解析 电压表扩大量程需串联一个电阻r串 则imax 1 10 3 u1 rv1 3 v 3 103 a r串 rv1 3 103 6000 由题图 1 得u r e 整理得 umax imax 9 v 1 10 3 a u r 结合作出的图线有 0 11 v 1 a 1 解得电池的电动势 1 u r e 1 r 1 e 1 e r e 0 24 0 11 50 10 3 e 9 09 v 内阻r 23 6 答案 1 串联 6000 2 如图所示 9 09 23 6 18 测量电源电动势和内阻的原理是闭合电路欧姆定律 处理实验数据一般采用图像 法 求解电源电动势和内阻的一般方法是根据设计的电路 利用闭合电路欧姆定律列出相 关方程 并将方程变化成与图像相符的形式 再根据图像的斜率和截距的物理意义得出电 源电动势和内阻 高考热点题型突破 电学实验的创新设计与器材选择 器材选取三原则 1 安全性原则 要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器 使实验切实可行 能达到预期目的 另外还要注意测量仪器的量程 尤其电器元件的电流不能超过其允许通 过的最大电流等 2 精确性原则 根据实验的需要 选用精度合适的测量工具 但对某个实验来讲 精 确程度合适即可 并不是精度越高越好 3 方便性原则 实验时需考虑调节方便 便于操作 如滑动变阻器的选择 既要考虑 它的额定电流 又要考虑它的阻值范围 在二者都能满足实验要求的情况下 还要考虑阻 值大小对实验操作是否调节方便的问题 典例 2019 河北名校联盟 一待测电阻rx的阻值约为 20 现要测量其阻值 实验室提供的器材如下 a 电流表 a1 量程 150 ma 内阻约为 60 b 电流表 a2 量程 20 ma 内阻r2 30 c 电压表 v 量程 15 v 内阻约为 3000 d 定值电阻r01 10 e 定值电阻r02 120 19 f 滑动变阻器r1 0 3 2 0 a g 滑动变阻器r2 0 500 0 5 a h 电源 电动势e 4 v 内阻不计 i 开关 s 及导线若干 1 为了使电表调节范围较大 测量准确 测量时电表读数不得小于其量程的 请从 1 3 所给的器材中选择合适的实验器材 用器材前对应的字母序号填写 2 根据你选择的实验器材 请你在虚线框内画出测量rx的最佳实验电路图并标明元 件符号 3 待测电阻阻值的表达式为rx 式中未知量符号的物理意义为 审题指导 第一步 读题干 提信息 题干信息 a2内阻r2 30 可改装成电压表 电压表量程 15 v量程过大不可用 为了使电表调节范围较大 测量准确滑动变阻器用分压式接法 第二步 审程序 顺思路 解析 因测量时要使电表调节范围较大 所以滑动变阻器要用分压式接法 选用小 阻值的r1 电源电动势为 4 v 电压表的量程为 15 v 量程太大不可用 因电流表 a2的内 阻已知且题中给出了定值电阻 所以可用电流表 a2与定值电阻r02串联充当电压表 量程为 20 3 v 使用 此时通过待测电阻的最大电流不超过i 150 ma 电流表 a1可直接测电流 电 路如图所示 此时通过被测电阻的电流为i i1 i2 被测电阻两端的电压为u i2 r02 r2 根据欧姆定律 被测电阻的阻值为rx i 2 r2 r02 i1 i2 答案 1 abefhi 2 见解析 3 i1 i2分别为电流表 a1 a2的示 i 2 r2 r02 i1 i2 数 定值电阻的五大功能 1 保护电学元件 使通过元件的电流不会过大 避免损坏元件 2 与其他元件组合成混联电路 利用串 并联电路的特点列式求待测电阻阻值 3 改装功能 大阻值定值电阻与小量程电流表串联改装成大量程电压表 小阻值定值 电阻与小量程电流表并联改装成大量程电流表 大阻值定值电阻与小量程电压表串联改装 成大量程电压表 4 小阻值定值电阻与电源串联 等效扩大电源内阻 减小测量电源内阻的误差 5 与其他元件搭配组合 通过开关控制以便于构成两个不同的电路 测两次电流 电 压值 列出关系式求得未知量 1 现有一块灵敏电流计 a1 量程为 200 a 内阻约为 1 k 要精确测出其内阻 rg 提供的器材有 21 电流表 a2 量程为 1 ma 内阻r 50 滑动变阻器r 阻值范围为 0 30 定值电阻r1 阻值r1 100 定值电阻r2 阻值r2 3 k 电源e 电动势约为 4 5 v 内阻很小 单刀单掷开关 s 一个 导线若干 1 请利用上述所有器材 设计出合理的 便于多次测量的实验电路图 并保证各电表 的示数超过其量程的 将电路图画在题中的虚线框中 1 3 2 在所测量的数据中选一组 用测量量和已知量来计算 a1表的内阻 表达式为 rg 表达式中各符号表示的意义是 解析 本题考查电学实验 电流表内阻的测量 首先对于控制电路 被测电阻大约 为 1000 而滑动变阻器最大值只有 30 则应采用分压式接法 测 a1两端的电压 因没有提供电压表 可以把 a2改装成电压表 但其量程又太小 可用一个电阻串联 放大 其测电压的量程 因 a1的最大电压值只有 0 2 v 则只要把r1与 a2串联即可满足要求 又 由于 a1两端电压太低 可以再串一个电阻r2来增大电压 从而使滑动变阻器的范围大 些 其设计图如图所示 2 闭合电路欧姆定律可知rg i1 i2分别表示 i 2 r r 1 i1 a1 a2的示数 r表示电流表 a2的内阻 答案 1 如图所示 2 i2表示 a2表的示数 i1表示 a1表的示数 i 2 r1 r i1 2 2019 江西省红色七校 某学习小组进行精确测量电阻rx的阻值的实验 有下列 器材供选用 a 待测电阻rx 约 300 b 电压表 v 3 v 内阻约 3 k c 电流表 a1 10 ma 内阻约 10 d 电流表 a2 20 ma 内阻约 5 e 滑动变阻器r1 0 20 额定电流 2 a 22 f 滑动变阻器r2 0 2000 额定电流 0 5 a g 直流电源e 3 v 内阻约 1 h 开关 导线若干 1 甲同学根据以上器材设计了用伏安法测量电阻的电路 并能满足rx两端电压从零 开始变化并进行多次测量 则电流表应选择 填 a1 或 a2 滑动变阻器应 选择 填 r1 或 r2 请在虚线框中帮甲同学画出实验电路原理图 2 乙同学经过反复思考 利用所给器材设计出了如图所示的测量电路 具体操作如下 按图连接好实验电路 闭合开关 s1前调节滑动变阻器r1 r2的滑片至适当位置 闭合开关 s1 断开开关 s2 调节滑动变阻器r1 r2的滑片 使电流表 a1的示数恰好 为电流表 a2的示数的一半 闭合开关 s2并保持滑动变阻器r2的滑片位置不变 读出电压表 v 和电流表 a1的示 数 分别记为u i 待测电阻的阻值rx 比较甲 乙两同学测量电阻rx的方法 你认为哪个 同学的方法更有利于减小系统误差 填 甲 或 乙 同学的 解析 1 通过待测电阻的最大电流约为imax a 10 ma 电流表应选择 a1 实 3 300 验要求电压从零开始变化 则滑动变阻器应采用分压接法 为方便实验操作 应选择最大 23 阻值较小的滑动变阻器r1 由r ra1rv 可知电流表应采用内接法 2 由实验步骤 可 2x 知 通过r2与rx的电流相等 则两支路电阻相等 由实验步骤 可知 电压表测待测电阻 两端电压 由于两并联支路电阻相等 则通过它们的电流相等 由实验原理可知 通过待 测电阻的电流等于电流表 a1的示数i 则待测电阻的阻值rx 由两种实验方案的实验 u i 原理可知 甲同学的实验中电流表的内阻对实验结果有影响 而乙同学的方法消除了电流 表内阻的影响 测量值与真实值相等 答案 1 a1 r1 如图所示 2 乙 u i 专题强化训练 十六 1 2019 湖南湘东六校联考 某同学想用半偏法测定一块精度很高的电压表 v 量程 为 0 3 v 内阻约为 20 k 的内阻 并将其改装成欧姆表 现有器材如下 a 直流电源e 电动势为 4 v 内阻不计 b 电阻箱r 最大阻值为 99999 9 c 滑动变阻器r1 最大阻值为 10 k d 滑动变阻器r2 最大阻值为 5 e 开关 导线若干 1 图甲虚线框内为该同学设计的部分测量电路 请你补画完整 滑动变阻器应选择 2 根据设计的电路图 连接好实验电路 进行实验操作 请你补充完善下面的操作步 骤 首先闭合开关 s1 s2 调节滑动变阻器的滑片 使电压表指针达到满偏 保持 不变 断开开关 选填 s1 或 s2 调节 的阻值 使电压 表指针达到半偏 读取并记录此时电阻箱的阻值r0 则电压表的内阻rv 24 3 实验测得电压表的内阻为 24 k 该同学选用上述电源e及另一个滑动变阻器将 电压表改装为欧姆表 若将如图乙所示的电压表表盘上的电压刻度换成电阻刻度 则电压 表表盘上 2 v 处对应的电阻值为 k 解析 1 由图甲可知 滑动变阻器采用分压式接法 因此选择阻值较小的r2 2 根据实验原理可知 当电阻箱短接时 调节滑动变阻器滑片的位置 使得电压表指 针满偏 然后把电阻箱接入电路中 保持滑动变阻器的滑片位置不变 则并联部分分得电 压几乎不变 调节电阻箱的阻值 使得电压表指针半偏 则电阻箱的阻值即为电压表的内 阻 即rv r0 3 由题意可知 rv 3 v rv 2 v 联立解得rx 16 k e rv r e rv r rx 答案 1 见解析图 r2 2 滑动变阻器滑片位置 s2 r r0 3 16 2 2019 吉林长春质检 某同学设计了图甲的电路来测量一电源的电动势和内阻 待 测电源电动势约为 2 v 内阻约为几欧姆 r为阻值 0 10 的滑动变阻器 r0为阻值 990 的定值电阻 x y 为两个电流表 实验室有以下几个电流表 a1 量程 0 0 6 a 内阻约为 0 5 a2 量程 0 3 a 内阻约为 0 1 a3 量程 0 20 ma 内阻为 1 a4 量程 0 2 ma 内阻为 10 1 为了较准确地测量电源的电动势和内阻 则 x 应该选择 y 应该选择 25 2 实验中 调节滑动变阻器 得到多组 x y 的数据 根据数据画出 x y 的图像如图 乙所示 则根据图像计算可知 电源电动势为 v 内阻为 计算结果均 保留两位小数 解析 1 据题意 x y 是两只电流表 故实验原理是将 x 改装成电压表后 配合 电流表 y 采用伏安法测电源的电动势和内阻 根据电源电动势约 2 v 和r0的阻值为 990 可知r0应与 a4串联 即 x 应选 a4 再根据图乙可知电路中最大电流约为 0 35 a 故 y 应选 a1 2 因改装后的电压表u ix ra4 r0 由闭合电路欧姆定律有u e iyr 联立结 合题图乙 当 y 的电流为 0 时 可得e 1 85 v 当 y 的电流为 0 30 a 时 x 的电流为 1 55 ma u 1 55 v 可得r 1 00 答案 1 a4 a1 2 1 85 1 00 3 2019 天津卷 现测定长金属丝的电阻率 1 某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示 其读数是 mm 2 利用下列器材设计一个电路 尽量准确地测量一段金属丝的电阻 这段金属丝的电 阻rx约为 100 画出实验电路图 并标明器材代号 电源e 电动势 10 v 内阻约为 10 电流表 a1 量程 0 250 ma 内阻r1 5 电流表 a2 量程 0 300 ma 内阻约为 5 滑动变阻器r 最大阻值 10 额定电流 2 a 开关 s 及导线若干 3 某同学设计方案正确 测量得到电流表 a1的读数为i1 电流表 a2的读数为i2 则 这段金属丝电阻的计算式rx 从设计原理看 其测量值与真实值相比 填 偏大 偏小 或 相等 解析 1 由螺旋测微器的读数规则可知 该金属丝的直径应为 0 mm 20 0 0 01 mm 0 200 mm 2 对提供的实验器材分析可知 由于滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻 值小得多 因此滑动变阻器应采用分压接法 由于没有提供电压表 因此可以用内阻已知 的电流表充当电压表 即将 a1作为电压表 由于 a1的内阻已知 因此 a2应采用外接法 3 由电路图可知 rx 由于