专题7电学实验

1、专题七电学创新实验12一、实验原理的拓展与创新1.考查安培力相关因素探究某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和aibi固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁 （未画出）的N极位于两导轨的正上方， S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。（1）在图中画出连线，完成实验电路。要求滑动变阻器以限流 方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向 移动。（2）为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：A.适当增加两导轨间的距离B.换一根更长的金属棒C.适当增大金属棒中的电流其中正确的是 （填入正确选项前的标号）。解析：（1）实验电路连

2、线如图所示。（2）为使金属棒获得更大的速度，则金属棒运动时需要更大的加BIL速度，根据牛顿第二定律有a=BL,所以增加磁感应强度、m增大电流、增加两导轨间的距离都可以使加速度增大。故选项A、C正确，选项B错误。答案：（1）见解析图（2）AC2 .考查自动控制电路设计与调整 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 c时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器 （内阻很小，流过的电流超过 Ic时就会报警），电 阻箱（最大阻值为999.9 Q）,直流电源（输出电压为U,内阻不计），滑动变阻器 R1（最大阻值 为1 000 滑动变阻器 R2（最大阻值为2 000 Q

3、）单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V, Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过 20 mA60 C时阻值为650.0 Q滑幼变阻器时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在 （1）完成待调节的报警系统原理电路图的连线。（2）电路中应选用滑动变阻器 （填R1”或R2 J（3）按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为 q ；滑动变阻器的滑片应置于 （填a”或 b”）端附近，不能置于另一端的原因是 O将开关向（填C”或d”端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警系统即可正常使用。贴敏山也（4）保

4、持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合, 解析：（1）电路图连接如图。（2）报警器开始报警时，对整个回路有U= Ic（R滑+R女叮代入数据可得R滑=1 150.0 R因此滑动变阻器应选择（3）在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用,电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Qo滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于 b端附近，若置于另一端 a时，闭合开关，则电路中的电流I = k先650.0A- 27.7 mA,超过报警器最大电流 20 mA ,报警器可能损坏。开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。答案：(1)连线见解析图(2)R

5、2 (3)650.0 b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA,报警器可能损坏c报警器开始报警3.考查探测压敏电阻随压力变化的特性压敏电阻由在压力作用下发生形变进而导致电阻率发生变化的材料组成，为了探究某压敏材料的特性，有人设计了如下的电路，其中电源电动势为3 V、内阻约为1 Q,两个电流表量程相同均为0.6 A, 一个电流表内阻r已知，另外一个电流表内阻较小但阻值未知。(1)电路图中哪个电流表的内阻 r已知(填“出”或“A2” J(2)在某一个压力测试下，两个电流表 Ai和A2的读数分别为Ii和 则 压敏电阻的阻值Rx=。(3)经过测试获得压敏电阻的阻值和压力的关系图如图所示，以竖直向下

6、为正方向，则阻值和压力的关系式是 。解析：(1)没有电压表，但内阻已知的电流表不仅可以测出通过自身的电流，还可当作电压表使用，根据电路图判断Ai可作为电压表测量压敏电阻电压，所以Ai的内阻为r。，一 ,，一，Iir(2)压敏电阻电压为Iir,电流为I2-Ii,所以压敏电阻的阻值 Rx= n；。(3)图像为一次函数图像，根据数学知识可得Rx=I6-2FoIir答案：(I)Ai (2)；7 (3)Rx=162FI2 Ii二、实验器材的等效与替换4.考查测量导电液体的电阻率 某兴趣小组欲通过测定工业污水(含多种重金属离子)的电阻率来判断某工厂废水是否达到排放标准(一般工业废水电阻率的达标值200 Q

7、如图甲所示为该同学所用盛水容器，其左、右两侧面为金属薄板(电阻极小)，其余四面由绝缘材料制成，左、右两侧带有接线柱,容器内表面长a= 40 cm,宽b= 20 cm,高c= 10 cm,将水样注满容器后， 用多用电表粗测水样电阻约为2 750 Q(1)为精确地测量所取水样的电阻，该小组从实验室中找到如下实验器材：A.电流表(量程5 mA,电阻Ra为50 Q)B.电压表(量程15 V,电阻Rv约为10 kQ)C.滑动变阻器(020 Q额定电流1 A)D.电源(12 V,内阻约10 Q)E.开关一只、导线若干请在图乙实物图中完成电路连接。(2)正确连接电路后，闭合开关，测得一组U、I乙txiiii

8、ai am ilixiataiM| ：二二：二三二二二1二：篝M七圜用物抽画用孤rTintii mu iimiiTintU/V2.03.86.88.010.211.6I/mA0.731.362.202.893.664.15数据；再调节滑动变阻器，测出一系列数据如下表所示，请在如图丙所示的坐标纸中作出 U-I关系图线。（3）由以上测量数据可以求出待测水样的电阻率约为 Q -rn据此可知，所得水样 （填达标或不达标” J解析：（1）因为要精确测量电阻值，需要电路中电压有较大的变化范围，而滑动变阻器阻值比待测电阻小得多，所以连线时滑动变阻器要用分压式接法;流表内接法，电路连接如图1所示。（2）描点、

9、连线，U-I图线如图2所示。（3）由图2所作图线斜率可知，总电阻为2 727 p又R= R总一Ra=2 677 R根据电阻定律 R=e， 代入数据得134 Q m2o mm = 12.20 mm =1.某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图1.220 cm解析：游标卡尺读数为d= 12 mm(3)当有光照射时，太阳能电池板作为电源，其路端电压与总电流的关系如图丙所示，分析 该曲线可知，该电池板作为电源时的电动势为 V。若把它与阻值为1k的电阻连接构成一个闭合电路，在有光照射时，该电池板的 效率是%。(结果保留两位有效数字)解析：(1)描绘伏安特性曲线时电压

10、和电流要从零开始测起，滑动变阻器采用分压式接法，应选 A所示的实验电路。(2)由题图乙可知，在电压小于2.00 V时，电流I很小，所以太阳能电池板的电阻很大。 由题图乙可知，当电压为2.80 V时，电流I=2.8003 A,电阻 R= T= 9 02.800 3 Q=1 k。I 2.80 10(3)由题图丙可知，图线与纵轴交点的纵坐标为电源的电动势，故该电池板 的电动势为2.8 V ;若它与1 kQ的电阻连接构成一个闭合电路；在 U-I 中作出对应的电阻的 U-I图线，如图所示；图线的交点为电路的工作点， 则由图可知路端电压为 1.8 V ,则电源的效率r= 18X100%= 64%。2.8答

11、案：(1)A (2)很大 1 (3)2.8 64三、数据读取与处理螺旋测微器的读数为 h= 6.5 mm + 36.1 0.01 mm = 6.861 mm.答案：1.220 6.8612.电流表量程一般有两种00.6 A,03 A;电压表量程一般有两种03 V,015V.如图所示：接03 V量程时读数为 V.接015 V量程时读数为 V.接03 A量程时读数为 A.接00.6 A量程时读数为 A.答案：1.88 9.4 0.82 0.163. 一个未知电阻，无法估计其电阻值，某同学用伏安法测量此电阻，用如图所示甲、乙两种电路各测一次，用图甲测得的数据是3.0 V,3.0 mA.用图乙测得的数

12、据是2.9 V,4.0 mA.由此可知，用图一测得Rx的误差较小，测量值 Rx=.金lL解析：对比两次测量中电压和电流的变化量，电压的1 1,说明电压的变化量远小于电流的变化 3、，一,1 ，变化量为原电压的机，电流的变化量为原电流的30量.因此，电流表分压不明显，即电流表内阻U 3.0Rx= 7= c c WC 3 = 1 000I 3.0 10 3Ra? Rx,所以采用图甲测量时误差较小，且答案：甲 1 000 a【练习】1.某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计 G改装的电流表 A,V为标准电压 表，E为待测电池组，S为开

13、关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0 Q 的定值电阻.（1）已知灵敏电流计 G的满偏电流Ig=100科4内阻rg=2.0 k R若要改装 后的电流表满偏电流为 200 mA,应并联一只阻值为 （保留一位 小数）的定值电阻R1；（2）根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路；（3）某次实验的数据如下表所示：测量次数12345678电压表V读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表A读数I/mA20406080100120140160该小组借鉴 讲究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法（逐差法），计算出电池组的内阻r = 保留两位小数）；为减小偶然

14、误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点 是.（4）该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大.若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是.（填选项前的字母）A.电压表内阻的影响C. R1的实际阻值比计算值偏小解析（1）由串、并联电路的特点可得:B.滑动变阻器的最大阻值偏小D. R0的实际阻值比标称值偏大Igrg _ 100 M0 6X2.0 103R1=ImIg200 X10 3 100X10 61.0 ； Q（2）从电源正极出发，沿电流

15、的流向依次连线，注意电流要由两电表的正接线柱流入，由负接线柱流出；EU = I（r 内+B）,则一AU = AI（r 内+Ro）,所以（r 内+Ro） = 号U- U5_ U2 U6_ U3 U7_ U4 U8I5 I1I6 I2I7 I3I 8 I4U1+U2+U3+U4I 5+ I6 + I 7 + I8U5+U6+U7+U8”=5.66I1+ I2+ I3+ I40所以r内=5.66 Ro= 1.66 施差法处理实验数据的优点是可以充分利用已测得的 数据，减小实验误差；（4）电压表的读数等于路端电压，所以电压表内阻对测量结果没有影响，选项A错误；滑动变阻器用来改变路端电压，对测量结果没有

16、影响，选项 B错误；若Ri的实际阻值偏小，则电流表的实际量程偏大，电流表的读数比实际值偏小，电池组的内阻测量值偏大，选项 正确；Ro的实际阻值偏大时，电池组的实际内阻比测量值偏小，选项D正确.答案(1)1.0 (2)如解析图所示(3)1.66 充分利用已测得的数据(4)CD2 .图甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使 用多用电表对其进行探测.(1)在使用多用电表前，发现指针不在左边度线处，应先调整图乙中多用电表的(选填A” “或 “C”(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱 a、b接点间是否 存在电源时，一表笔接 a,另一表笔应 (选填 短 暂”或 持续”掇b,同时观察指针偏转情况.

17、(3)在判定黑箱中无电源后， 将选择开关旋至“X措：调节 好多用电表，测量各接点间的阻值.测量中发现，每对接 点间正反向阻值均相等，测量记录如下表.两表笔分别接a、b时，多用电表的示数如图乙所示.请将记录表补充完整，并在黑箱图中画出一种可能的电路两表笔接的接点多用电表的示数a, b Qa, c10.0 Qb, c15.0 QA,使指针指到左边的“0刻度线处.解析(1)使用多用电表前应先调整指针定位螺丝(2)为保护多用电表的内部元件，在测量黑箱中是否 存在电源时，应短暂接触接点b.欧姆表的读数为5X1。5 Q每对接点间正反向 电阻均相同，说明黑箱中没有二极管元件，根据表 格中两接点间电阻的数值，

18、可设计的电路图如图所 示.答案 (1)A (2)短暂(3)5.0 见解析图3 .为了较精确地测量某定值电阻的阻值，某兴趣小组先用多用电表进行粗测，后用伏安法 精确测量.现准备了以下器材：A.多用电表B.电流表 A1(量程50 mA、内阻口=20 Q)C.电流表 A2(量程100 mA、内阻约为 5 Q ) D.定值电阻 R0(80 Q)E.滑动变阻器 R(010 Q )F.电源(电动势E=6 V,内电阻较小)G.导线、开关若干(1)在用多用电表粗测时，该兴趣小组首先选用“X 100姆挡，此时欧姆表的指针位置如图甲所示，为了减小误差，多用电表的选择开关应换用 欧姆挡；按操作规程再次测量 该待测电

19、阻的阻值，此时欧姆表的指针位置如图乙所示，其读数是 Q;(2)请在虚线框内画出能准确测量电阻Rx的电路图(要求在电路图上标出元件符号).“X1战姆挡.由图乙可知为测量方（3）请根据设计的电路图写出Rx的测量表达式 Rx=.解析：（1）由甲图可知指针的偏角太大，说明倍率选的太大，故选 指针所指的刻度数为 18,再乘以倍率，阻值约为 180 Q.（2）电路如图所示，A1和R0串联组成电压表；滑动变阻器阻值较小, 便，采用分压式接法.L （额定电压3.8 V,额定电流iOEi s0】,、，,Ux Il R0+门由欧姆定律知，电阻 Rx=n=一.Ii Ro+ ri答案：（1） “X 10怡0 （2）见

20、解析 （3）一金工一4 .某同学研究小灯泡的伏安特性，所使用的器材有：小灯泡 0.32 A）;电压表dV V （量程3 V,内阻3 k Q;电流表（A （量程0.5 A,内阻0.5妞固定 电阻R0 （阻值1 000 只 滑动变阻器 R （阻值0-9.0 批 电源E （电动势5 V,内阻不计）； 开关S;导线若干。（1）实验要求能够实现在 0-3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图。（2）实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图（a）所示。由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻 （填增大不变“或减小”），灯丝的电阻 率 （填增大不变“或减小”）。（3）用另一电源E0 （电动势4

21、 V,内阻1.00勉和题 给器材连接成图（b）所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S,在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为W,最大功率为 Wo （结果 均保留2位小数）【答案】（1）如图所示（2）增大增大（3） 0.39 1.17【解析】要求能解实现在（P3.8 V的范围内对小灯泡的电压进彳小灯泡为小电阻用电端表用外接法j如答案图所示3（2）由了-U图象知，切线的斜率在减小，故灯泡的电阻随电流的增电阻率塔大f（3）当滑动变阻器的阻值为9时，电路电流最小，灯泡实际功率最小，此时 E=U + I （r+R）得U=T0I+4,在图中作出该直线如左图所示，交点坐标约为

22、4-1整理得：I UR rI -U曲线的交点坐标最大,U=1.75V, I=225mA , P=UI=0.39W;-E-,当直线的斜率最大时，与灯泡的R r即灯泡消耗的功率最大。当滑动变阻150 TOOcoco4 EjW，此iiA器电阻值R=0时，灯泡消耗的功率最大，此时交点坐标为 U=3.67V , I=0.32A,如右图所示，最大的功率为P2=UI=1.17W。【考点定位】研究小灯泡的伏安特性曲线【名师点睛】电路图主要是控制电路、测量电路的连接。小灯泡阻值为小电阻外接法，电压从0开始测量一一分压式接法。然后由伏安特性曲线分析阻值的变化，注意纵轴是电流。第（3）问求小灯泡消耗的实际功率较难，因小灯泡的阻值随电流的变化而变化，通过闭合 电路的欧姆定律找到小灯泡实际的电流、电压值。5 .在 测定金属的电阻率”实验中：为了测量金属丝的电阻 Rx的阻值，实验室提供如下实验器材：A.待测金属丝电阻 Rx（约100 Q ） B.电动势E=6 V,内阻很小的直流电源C.量程50 mA,内阻约为50 的电流表D.量程0.6 A,内阻约为0.2翦勺电流表E.量程6 V,内阻约为15 k