高中物理电学实验练习题(含详解答案)

.电学实验练习题例 1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻rx（ 约 100 ）; 直流电流表（量程 010 ma、内阻 50 ）;直流电压表（量程 03 v、内阻 5 k ）;直流电源（输出电压 4 v、内阻不计）；滑动变阻器（015 、允许最大电流 1 a）；开关 1 个，导线若干 .根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于;.rxra rv，故电流表应采用外接法 . 在控制电路中，若采用变阻器的限流接法，当滑动变阻器阻值调至最大，通过负载的电流最小， i min=re=24 ma 10 ma, 此时电rarx流仍超过电流表的量程，故滑动变阻器必须采用分压接法 . 如图 10-5图所1示0-5.例 2、在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值 rx，现有如下器材：读数不准的电流表 a、定值电阻 r0、电阻箱 r1、滑动变阻器 r2、单刀单掷开关 s1、单刀双掷开关 s2、电源和导线。画出实验电路图， 并在图上标出你所选用器材的代码。写出主要的实验操作步骤。【解析】实验电路如右图所示（此法俗称”替代法”） 。将 s2 与 rx 相接，记下电流表指针所指位置。将s2 与 r1 相接，保持 r2 不变，调节 r1 的阻值，使电流表的指针指在原位置上，记下r1 的值，则 rx r1。例 3、用以下器材测量一待测电阻rx 的阻值（ 9001000）：电源 e，具有一定内阻，电动势约为9.0v ；电压表 v 1，量程为 1.5v，内阻 r1750；电压表 v2，量程为 5v ，内阻 r22500；滑动变阻器 r，最大阻值约为100；）单刀单掷开关k，导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻 rx 的一种实验电路原理图。【解析】如图所示(用已知内阻的电压表代替电流表)例 4 用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下：电流表 a 1（量程 250ma, 内阻 r1 为 5) ；标准电流表a 2（量程 300ma, 内阻 r2约为 5）；待测电阻 r1（阻值约为 100）；滑动变阻器 r2（最大阻值 10）；电源 e（电动势约为 10v ，内阻 r约为 1）；单刀单掷开关s，导线若干。要求方法简捷，并能测多组数据， 画出实验电路原理图并标明每个器材的代号.需要直接测量的物理量是 , 用测的量表示待测电阻r1 的计算公式是r1 。【解析】实验电路图如图所示(用已知内阻的电流表代替电压表)。两电流表 a 1、 a 2 的读数为 i1、i2 和电流表 a 1 的内阻为 r1，待测电阻 r1 的阻值的计算公式是：r1i 1r1i 2i 1例 5 有一电阻 rx，其阻值在 100200之间，额定功率为0.25w。要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：安培表 a1，量程为 50ma，ra 1=100,安培表 a2，量程为 1a，ra 2=20电压表 v1，量程为 5v，rv 1=10k,电压表 v 2，量程为 15v， rv 2=30k变阻器 r1，变阻范围 0 20 ，2a,变阻器 r2，变阻范围 0 1000，1a , 9v 电源，电键，导线。1 实验 中 应 选 用的 电 流 表 、 电压 表 、 变 阻器 分 别是：。画出所用实验电路图。【解析】允许通过电阻中电流可能的最大值由：pi 2 r得， i35mai 250ma 。因为电阻可能为200，所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35ma ，应用电流表的示数 来 控 制 通 过 电 阻 的 电 流 ， 因 此 ， 电 流 表 应 选a 1 。 又 因 为 pu 2, 所 以ru 15vu 27.1v。因为电阻可能为100 ，所以允许加在电阻两端的电压的最大值可能是 5v ，应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压，因此电压表应选v 1。因为 r1 r2,且 2a 35ma,所以应选变阻器r1。因为 r1 rx 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。因为 rx ra rv,所以应选用外接电路。实验所用电路如图所示例 6（2000 年全国）从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表a1 的内阻 r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。器材（代号）规格电流表（ a 1）量程 10ma，内阻 r1 待测（约 40）电流表（ a 2）量程 500 a，内阻 r2=750 电压表（ v）量程 10v ，内阻 r3=10电阻（ r1）阻值约 100，作保护电阻用滑 动 变 阻 器（r）总阻值约 50电池（ e）电动势 1.5v，内阻很小导线若干，电键 k若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1= ，式中各符号的意义是 。【解析】如图所示 (用已知内阻的电流表代替电压表)。 r1i 2r2i 1，i 1表示通过电流表a 1 的电流， i2 表示通过电流表a 2 的电流， r2 表示电流表a2 的内阻。例 7（2006 年全国、）现要测量某一电压表v的内阻。给定的器材有：待测电压表v （量程 2v，内阻约 4k）；电流表ma （量程 1.2ma ，内阻约 500）；直流电源 e（电动势约 2.4v ，内阻不计）；固定电阻 3 个： r1=4000 ，r2=10000，r3=15000；电键 s 及导线若干。要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。试从 3 个固定电阻中选用1 个，与其它器材一起组成测量电路，并在虚线框内画出测量电路的原理图。 （要求电路中各器材用题中给定的符号标出。）电路接通后，若电压表读数为u ，电流表读数为i ，则电压表内阻rv= 。【解析】若直接将电压表与毫安表串联，因毫安表的量程过大（即两电表量程不匹配）, 故应将电压表与一定值电阻并联。实验vmar1电路如图所示，若选用电阻r1，则并联电阻r并 2000，电压表se读数 uer并rmar 并 2.4200050020001. 921v ，电流表读数 ier并rma2.420005000.00096a 0.96ma0.6ma ，r1 符合要求，同理可得 r2、r3 不符合要求，故选r1。电路接通后，通过 r1 的电流 i 1u，则通过电压表的电流为i 2ii 1i u，r1r1所以电压表的内阻rv ui 2r1u r1i u例 8（ 2006 年全国） 现要测定一个额定电压4v 、额定功率 1.6w 的小灯泡（图中用表示）的伏安特性曲线。要求所测电压范围为0.1v 4v。现有器材：直流电源e（电动势 4.5v，内阻不计），电压表v （量程 4.5v，内 ），电流表阻约为 4 104a 1（量程 250ma，内阻约为 2），电流表（量程500ma，内阻约为a 21），滑动变阻器 r（最大阻值约为 30 ），电键 s，导线若干。如果既要满足测量要求， 又要测量误差较小， 应该选用的电流表是， 下面两个电路应该选用的是。【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时，由于题目要求 电压范围为 0.1v4v ，因此滑动变阻器采用分压式接法。根据估算通过小灯泡的额定电流为i=0.4aa，2伏安法测量过程中，由于因此电流表应该选用。在临界电阻 rra rv200大于小灯泡电阻，因此应该选择电流表外接法即选择甲电路进行测量。例 9、用右图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻r0 起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：（a） ） 电流表（量程 0.6a 、3a）；（b） ） 电压表（量程 3v 、15v）（c） ） 定值电阻（阻值 1、额定功率 5w）（d） ） 定值电阻（阻值 10，额定功率 10w）（ e） 滑动变阻器（阴值范围0-10、额定电流2a ）（ f） 滑动变阻器（阻值范围0-100、额定电流1a） ,那么（ 1）要正确完成实验，电压表的量程应选择v，电流表的量程应选择a； r0 应选择的定值电阻， r 应选择阻值范围是的滑动变阻器。（ 2）引起该实验系统误差的主要原因是。（ 1） 3， 0.6 ，1， 010。（2）由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小。解析：由于电源是一节干电池（ 1.5v），所选量程为 3v 的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几 左右，加上保护电阻，最大电流在 0.5a 左右，所以选量程为 0.6a 的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、 电压表取值范围小， 造成的误差大； 滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取0 10能很好地控制电路中的电流和电压，若取0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的， 一般具有倾向性， 总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小， 造成 e 测e 真，r 测r 真。例 10、某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室中有如下器材： a待测干电池 b电流表 g（03ma，内电阻 r1=20）c电流表 a（00.6a，内电阻 r2=0.20）d滑动变阻器甲（最大阻值10）e滑动变阻器乙（最大阻值g定值电阻 r2=500100）f定值电阻 r1=100 h定值电阻 r3=1.5k开关、导线。由于没有电压表，为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。为了方便并能较准确测量， 滑动变阻器应选，定值电阻应选用。（填写定值电阻前的序号）若某次测量中电流表 g 的示数为 i1，电流表 a 的示数为 i2；改变滑动变阻器的位置后，电流表 g 的示数为 i 1，电流表 a 的示数为 i2。则可知此电源的内电阻测量值为 r=，电动势测量值为 e=。【解析】 干电池的电动势和内阻的测量，一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表，故需要将电流表 g 改装为电压表，且改装后电压表的量程应该达到 1.5v ，则总电阻为 1.5v3ma500，故定值电阻应选用的序号为g 的电阻，而滑动变阻器应选用阻值较小的d；在两次测量过程中， 通过电源的电流是两只电表的电流之和，则根据全电路欧姆定律有ei 1 ( r2r1)(i1i 2 )r ， ei 1 ( r2r1)(ii) 2 r解之，得 ri 1i1rr，ei 2 i1i1i 2rr21i1i 2i 1i 2i1i 2i 1i 221【例 11】某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件。图为该电器元件的伏安特性曲线， 有同学对其提出质疑， 先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：器材（代号）规格电流表（ a1） 电流表（ a2） 电压表（ v1） 电压表（ v2）滑动变阻器（ r1） 滑动变阻器（ r2） 直流电源（ e） 开关（ s）导线若干量程 050ma，内阻约为 50量程 0200ma，内阻约为 10量程 03v，内阻约为 10k 量程 015v，内阻约为 25k阻值范围 015，允许最大电流 1a 阻值范围 01k，允许最大电流100ma输出电压 6v，内阻不计为提高实验结果的准确程度，电流表应选用；电压表应选用；滑动变阻器应选用。（以上均填器材代号）为达到上述目的， 请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号。若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？相同点：，不同点：。解析：图像中电流00.14a ，电流表选 a2；电源电压 6v，但图像只要求电压在 03v 之间调整，为了测量准确电压表选v1；由于绘制图像的需要，要求电压从 03v 之间调整， 所以滑动变阻器只能采用分压式接法，为了能很好调节电压，滑动变阻器应选用阻值较小的r1 。该元件约几十 ， rvrr，电压表的分流作用可以忽略，所以ra采用电流表外接法； 实验数据的采集要求从零开始，所以滑动变阻器采用分压式接法。从图像的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点，突出都是“非线性”，图像上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数。【例 12】某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势e 和内电阻 r ，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为 9.999，当标准电阻用）一只电流表（量程和若干导线。请根据测定电动势 e 内电阻 r 的要求，设计图 4 中器件的连接方式，画线把它们连接起来。接通开关，逐次改变电阻箱的阻值r ,读处与 r 对应的电流表的示数 i, 并作记录i r =0.6a, 内阻 rg0.1）当电阻箱的阻值 r2.6时，其对应的电流表的示数如图5 所示。处理实验数据时。首先计算出每个电流值i的倒数 1 ; 再制作 r- 1 坐标图，如图 6 所示，图中已标注出了（ r, 1 ）iii的几个与测量对应的坐标点，请你将与图5 实验数据对应的坐标点也标注在图 6 中上。在图 6 上把描绘出的坐标点练成图线。根据图 6 描绘出的图线可得出这个电池的电动势 e=v,内电阻 r解析：根据闭合电路欧姆定律， 测量电源的电动势和内电阻，需要得到电源的路端电压和通过电源的电流， 在本实验中没有电压表， 但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表，测量电源的路端电压， 通过电流表的电流也是通过电源的电流， 所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。实物图的连接如答图4所示。由闭合电路欧姆定律有：e =i （r+r+r g），解得： re1(r irg ) ，根据r-1/i图线可知：电源的电动势等于图线的斜率，内阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。答案： 见答图 4 见答图 6 见答图 6 1.5（ 1.461.54 ）；0.3（0.250.35 ）【例 13】某同学为了较精确的测量一阻值约为20 的电阻 rx 的阻值.在以下备选器材中电流表应选 ,电压表应选 ,变阻器应选 .（只填写器材对应的字母代号） 电源 e（电动势 3 v、内阻可忽略不计）电流表 a1（量程 50 ma ，内阻约 12）;电流表 a 2（量程 3 a， 内阻约 0.12）;电压表 v 1（量程 3 v，内阻约 3 k ）,电压表 v 2（量程 15 v，内阻约 15 k ）; 滑动变阻器 r1（010 ，允许最大电流 2.0 a ）;滑动变阻器 r2（01000 ，允许最大电流 0.5 a）;定值电阻 r（30，允许最大电流 1.0a） ;开关及导线若干请在方框中画出实验电路图 （要求直接测量量的变化范围尽可能大一些，所选器材用对应符号标出） 。若某次测量中，电压表读数为u，电流表读数为 i，则计算待测电阻的阻值表达式为rx 。【解析】测量电阻的阻值一般利用伏安法，电压表显然应选量程为3v的v 1 ； 根 据 欧 姆 定 律 容 易 求 得 电 路 中 的 最 大 电 流ie150ma ，显然超过了电流表a 1 50 ma 的量程，但电流表a 2rx的量程又太大，故我们可以将定值电阻r（ 30）与待测电阻 rx 相串联，此时电路中的最大电流 ierxr60ma ，利用电流表 a 1 测量电流即可。由于要求直接测量量的变化范围尽可能大一些，故只能采用分压电路， 且滑动变阻器使用电阻较小的r1。 最后 我们确定电流表的 解法 ： 由 于此 时电路的临界电阻r0ra rv123k190rxr ，则应该利用电流表的外接法。由此得到实验电路图如图所示，当电压表读数为u，电流表读数为i，则计算待测电阻的u阻值表达式 rxr . i【例 14】从下表中选取出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表a1 的内阻r 1，画在下面的方框中，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并能测出多组数据。器材( 代号)规格电流表（ a1 ）量程 10ma，内阻 r 1 待测（约 40）电流表（ a2 ）量程 500a，内阻 r 2=750电压表（ v）量 程 10v， 内 阻 r 3=10k 电阻（ r1）阻值约 100，作保护电阻用滑动变阻器（ r2）总阻值约 50电池（ e）电动势 1.5v ，内阻很小电键（ s）导线若干【解析】要测量电流表a 1 的内阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端， 但根据本题所提供的仪器，我们可以首先肯定， 在本实验中不可能用到电压表， 因为电源的电动势只有1.5v，而电压表的量程为10v，最多不到满偏的 1/6 ，用它来读数误差太大，因此该实验能用到的电表只可能用两块电流表。两块电流表有可能串联，也有可能并联，但题目中电流表a2 的内阻 r 2 已知，因此将两电流表并联，根据并联规律i1r 1=i2r 2可求出电流表 a1 的内阻 r1=i 2 r2 。i 1加在电流表两端的电压最大值um=i mr 2=0.375v，而滑动变阻的最大阻值只有50，如果将滑动变阻器接成限流，会超过电流表的量程， 将它们烧坏。 如果仅仅将滑动变阻器接成分压，滑动变阻器可调节的范围很小，只有全长的1/4 ，这样测量的次数比较少。故应将定值电阻r1 接在干路上用作限流，电路图如图所示。【例 15】现有器材：量程为10.0ma、内阻约 30-40的电流表一个，定值电阻 r1=150，定值电阻 r2 =100，单刀单掷开关 k，导线若干。要求利用这些器材测量一干电池（电动势约1.5v ）的电动势。（1） ）按要求在实物图上连线。（2） ）用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达 式 为e=， 式 中 各 直 接 测 得 量 的 意 义是：.【解析】根据提供的器材，可任取一个定值电阻与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，用欧姆定律建立方程组进行测量。但 在本题中，电流表量程为10.0ma，干电池的电动势约为1.5v，如果把定值电阻r1 与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，则回路中总电阻约为180，回路中电流约为 1.5v /180=8.3ma，而如果把定值电阻r2 与电流表、干电池、开关接成一个串联电路， ，则回路中总电阻约为130，回路中电流约为1.5v /130=11.5ma，显然，该电流已超过电流表的量程。考虑到实验的可行性，此时用定值电阻r2与 r1 串联即可，故有如下解答：（1） ）连图：左图只用r1 接入电路；右图用r1 和 r2 串联接入电路。 ( 连线如图 )（2） ）设 i 1 是外电阻为 r1 时的电流， i 2 是外电阻为 r1 和 r2 串联时的电流，则有ie1r1ra， i 2rer1r2rar解 之 ， 可 解 得 干 电 池 电 动 势 为 ：ei 1i 2i1i 2r2 .【例 17】某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实a验室中有如下器材：r 滑a待测干电池b电流表 g（03ma，内电阻 r1=20）gc电流表 a（00.6a，内电阻 r2=0.20）d滑动变阻器甲（最大阻值10）e滑动变阻器乙（最大阻值g定值电阻 r2=500100）f定值电阻 r1=100 h定值电阻 r3=1.5k开关、导线。由于没有电压表，为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。为了方便并能较准确测量，滑动变阻器应选，定值电阻应选用。（填写定值电阻前的序号）若某次测量中电流表 g 的示数为 i1，电流表 a 的示数为 i2；改变滑动变阻器的位置后，电流表 g 的示数为 i 1，电流表 a 的示数为 i2。则可知此电源的内电阻测量值为 r=，电动势测量值为 e=。【解析】 干电池的电动势和内阻的测量，一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表，故需要将电流表 g 改装为电压表，且改装后电压表的量程应该达到 1.5v ，则总电阻为 1.5v3ma500，故定值电阻应选用的序号为g 的电阻，而滑动变阻器应选用阻值较小的d；在两次测量过程中， 通过电源的电流是两只电表的电流之和，则根据全电路欧姆定律有ei 1 ( r2r1)(i1i 2 )r ， ei 1 ( r2r1)(ii) 2 r.解之，得 ri 1i1i 2i1i 1i 2r2r1，ei 2 i1i1i 2i1i 2i 1i 2r2r1.【例18】小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大. 某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（ i 和u分别表示小灯泡上的电流和电压） ：（1） ）在左下框中画出实验电路图.可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围 0-10 ）、电源、小灯泡、电键、导线若干.（2） ）在右图中画出小灯泡的u-i 曲线.（3） ）某电池的电动势是 1.5v ，内阻是 2.0 . 将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？【解析】（1）为了作出小灯泡的 u-i 曲线，必须采用分压的方法；而因为小灯泡的电阻比较小，故采用电流表的外接法，实验电路图见下图.（2） ）小灯泡的 u-i 曲线首先用描点法作出各个点，利用圆滑的曲线连接即可得到下图。（3） ）作出ueir图线，可得小灯泡工作电流为0.35 安，工作电压为 0.80 伏，因此小灯泡实际功率为pui0.28 瓦.【例19】在 测定金属的电阻率 的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示， 用米尺测量金属丝的长度l=0. 810 m金属丝的电阻大约为 4 ，先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率(1) 从图中读出金属丝的直径为mm.(2) 在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：a直流电源：电动势约 4.5 v ，内阻很小；b. 电流表 a1：量程00.6 a ，内阻 0.125 ;c电流表 a2：量程 03. 0 a，内阻 0. 025 ;d. 电压表 v：量程 0 3 v，内阻 3 k ;e. 滑动变阻器 r1：最大阻值 10；f. 滑动变阻器 r2：最大阻值 50;g开关、导线等在可供选择的器材中，应该选用的电流表是，应该选用的滑动变阻器是。(3) 根据所选的器材，在如图所示的方框中画出实验电路图(4) 若根据伏安法测出电阻丝的电阻为rx=4. 1 ，则这种金属材料的电阻率为m.（保留二位有效数字）【解析】 (1) 金属丝的直径为 0.522 mm.;.;.( 2)电路中的最大电流ie0.75a ，显然超过了电流表a 1 0.6 a 的量程，但rx电流表a2 的量程又太大，故电流表应该选用a1，由于滑动变阻器r1 最大阻值为10，比被测电阻丝的电阻大，且容易调整，所以采用限流电路即可。由于此时电路的临界电阻r0(3 ）实验电路如图所示ra rv204，故电流表采用外解法 .(4) 利用电阻定律 rl ，则srs1.1 10-6 m.l【例 20】在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材： a待测的干电池（电动势约为 1.5v ，内电阻小于 1.0 )b电流表 g（满偏电流 3ma，内阻 rg=10)c电流表 a(0 0.6a，内阻 0.1 )d滑动变阻器 r1(0 20,10 a) e. 滑动变阻器 r2(0 200,l a)f定值电阻 r0 (990 )g开关和导线若干(1) 某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图所示中甲的（ a) 、(b) 两个参考实验电路，其中合理的是 图所示的电路；在该电路中， 为了操作方便且能准确地进行测量， 滑动变阻器应选 （填写器材前的字母代号） (2) 图乙为该同学根据（ 1) 中选出的合理的实验电路利用测出的数据绘出的 i 1i 2 图线（ i 1 为电流表 g 的示数， i 2 为电流表 a 的示数），则由图线可以得被测电池的电动势 e= v ，内阻 r=。【解析】本题中测定干电池的电动势和内电阻需要用电压表和电流表， 由于题中只给了两个电流表，故可以通过改装来实现 . 因为定值电阻 r0=990，则电流表 g与之串联较好，所以合理的是 b 图所示的电路，滑动变阻应选 d；根 据 全电 路 欧 姆 定 律 容 易 得 到ei1 (r0 rg )i r2 ， 即irie12r0rgr0rg由 i 1i 2 图线可以看出，图线与纵轴的交点为1.48 ma，即e