第十章 微专题78　电学实验综合-2025年高中物理《加练半小时》新教材版

第十章电路及其应用微专题78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。3.电学仪器选择原则为：安全、精确、易调节。1.(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18Ω的电阻Rx的阻值，图中R0为标准电阻，阻值为R0＝4Ω；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。闭合开关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eq\f(U2,U1－U2)R0(3)eq\f(Rx＋R0,Rx)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eq\f(U1－U2,R0)＝eq\f(U2,Rx)整理可得待测电阻Rx＝eq\f(U2,U1－U2)R0(3)根据上述分析可知eq\f(U1－U2,R0)＝eq\f(U2,Rx)整理可得U1＝eq\f(Rx＋R0,Rx)U2则U1－U2图像的斜率k＝eq\f(Rx＋R0,Rx)根据题意，由题图乙可得k＝eq\f(2.4,2)又R0＝4Ω联立解得Rx＝20Ω。2．(2023·辽宁锦州市凌河区模拟)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12V，内阻不计)B．待测电阻RxC．电流表A1(量程为0.6A，内阻约为10Ω)D．电流表A2(量程为3A，内阻约为2Ω)E．电阻箱R(阻值范围0～999.9Ω)F．保护电阻R0＝10ΩG．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为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)eq\f(1,k)eq\f(b－1,k)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eq\f(I2,I1)＝eq\f(1,Rx)R＋eq\f(Rg1＋Rx,Rx)由直线斜率，可知eq\f(1,Rx)＝k，可得待测电阻为Rx＝eq\f(1,k)由直线的纵轴截距，可知eq\f(Rg1＋Rx,Rx)＝b，电流表①内阻为Rg1＝eq\f(b－1,k)各支路电流都可准确测出，因此电阻测量值等于真实值。3．一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3.0A，内阻约为0.05ΩC．电流表A2：量程为0.6A，内阻为0.2ΩD．滑动变阻器R1：阻值范围为0～10ΩE．滑动变阻器R2：阻值范围为0～200ΩF．定值电阻R0＝15ΩG．电源E：电动势E约为9V，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)6.6解析(1)选择开关旋至欧姆挡“×1”倍率时，由题图甲可知，多用电表的读数是7×1Ω＝7Ω。(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I2(R0＋r2)＝(I1－I2)Rx整理得I1＝eq\f(R0＋Rx＋r2,Rx)I2，I1－I2图像的斜率k＝eq\f(R0＋Rx＋r2,Rx)，代入数据解得Rx≈6.6Ω。4．(2024·河南省统考)某实验小组要测量一节电池的电动势和内阻。(1)先用多用电表的2.5V直流电压挡粗测该电池的电动势，将多用电表的红表笔与电池的________(填“正”或“负”)极相连，黑表笔与电池的另一极相连，多用电表的示数如图甲所示，则粗测的电池电动势为________V；实验小组想利用多用电表的欧姆挡粗略测量电池的内阻，你认为________(填“可行”或“不可行”)。(2)要精确测量电池的电动势和内阻，小组成员设计了如图乙所示的电路，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，两个直流电压表V1、V2均可视为理想电表。①请根据图乙所示电路图，在图丙中用笔画线代替导线完成实物图连接。②实验中移动滑动变阻器的滑片，分别读出电压表V1和V2的多组数据U1、U2。利用测出的数据描绘出U1－U2图像如图丁所示，图中直线的斜率为k，截距为a，可得电池的电动势E＝________，内阻r＝________。(用k、a、R0表示)答案(1)正1.30不可行(2)①见解析图②eq\f(a,1－k)eq\f(kR0,1－k)解析(1)用多用电表粗测电池的电动势，根据多用电表的使用要求，电流从红表笔流入，从黑表笔流出，故将多用电表的红表笔与电池的正极相连；用多用电表的2.5V直流电压挡粗测该电池的电动势，故测量时该表盘的分度值为0.05V，示数为1.30V；由于多用电表的欧姆挡本身已经有电源，用多用电表的欧姆挡测电阻时，被测电阻应与其他电源断开，所以不能测量电池的内阻。(2)①依据题图乙所示电路图，将实物进行连线，如图所示②由闭合电路欧姆定律得E＝U1＋Ir，干路电流I＝eq\f(U1－U2,R0)，联立解得U1＝eq\f(ER0,R0＋r)＋eq\f(r,R0＋r)U2结合题图丁可知，当U2＝0时，U1＝eq\f(ER0,R0＋r)＝a，eq\f(r,R0＋r)＝k，联立解得E＝eq\f(a,1－k)，r＝eq\f(kR0,1－k)。5．(2024·海南省检测)为了测量某电池组(由2节干电池组成)的电动势和内阻，实验室提供的器材有：A．电池组B．定值电阻R1＝50.0ΩC．定值电阻R0＝3.0ΩD．滑动变阻器R(最大阻值为30Ω，允许通过最大电流为1A)E．电流表A1(量程为30mA、内阻r1为50.0Ω)F．电流表A2(量程为500mA、内阻r2约为0.5Ω)G．开关S、导线若干小天同学根据以上器材设计并连接了如图甲所示的实物图。(1)请根据连接的实物图甲在图乙的虚线框内完成电路图(并标明对应器材的符号)。(2)闭合开关S后，发现两个电流表都没有示数，其原因是图中①、②导线其中的一条外面绝缘皮正常而内部的芯线断了。于是在开关S闭合的情况下尝试用多用表排除故障：将多用表选择开关置于直流2.5V电压挡，分别测量导线①和②两端电压，结果发现，导线①两端电压为零，导线②两端电压不为零，据此判断，内芯线断了的导线是________(选填“①”或“②”)。(3)更换正常导线后，小天同学闭合开关S，实验中调节滑动变阻器的滑片，分别读出电流表A1、A2的示数I1和I2，一共记录下六组数据如下表所示，他以(I1＋I2)为横坐标、I1为纵坐标作图，利用图像法处理这些数据，作出的图像如图丙所示，则该电池组的电动势为E＝________V，内阻为r＝_______Ω。(结果均保留2位有效数字)实验次数①②③④⑤⑥I1/mA26.3225.0021.0917.2513.4610.30I2/mA65.78100.09201.66301.39400.16483.00(I1＋I2)/mA92.10125.09222.75318.64413.62493.30(4)任何实验总会有误差，包括读数的偶然误差和忽略电表内阻产生的系统误差，你认为小天同学处理数据的方法是否存在系统误差？______(选填“是”或“否”)。答案(1)见解析图(2)②(3)3.01.0(4)否解析(1)根据实物图，画出电路图如图所示(2)正常的导线电阻为零，导线两端不会有电压，断掉的导线两端才会有电压，所以一定是导线②的内芯线断了。(3)据闭合电路欧姆定律知E＝(I1＋I2)(R0＋r)＋I1(r1＋R1)，即I1＝eq\f(E,r1＋R1)－eq\f(R0＋r,r1＋R1)·(I1＋I2)图像与纵坐标交点的截距b＝30mA＝0.03A，则eq\f(E,r1＋R1)＝b，斜率的物理意义表示k＝－eq\f(R0＋r,r1＋R1)代入数据解得E＝3.0V，r≈1.0Ω(4)本实验定值电阻R1和电流表A1串联起来相当于电压表，这只等效电压表内电阻是已知的，在利用闭合电路欧姆定律计算过程中，已经考虑了等效电压表的分流作用，因此不存在系统误差。6．(2023·吉林省长春外国语学校月考)一个移动电源的电动势约为5V，某实验小组用伏安法测量该移动电源的电动势和内阻的准确值，实验室提供的器材如下：电流表A1(量程0～2.0mA，内阻约为500Ω)电流表A2(量程0～1.5A，内阻为1.0Ω)电阻箱R1(阻值0～9999.9Ω)滑动变阻器R2(阻值0～50Ω)导线和开关(1)由于实验室没有提供电压表，需要将电流表A1改装为量程为0～6V的电压表，为此先测量电流表A1的内阻，电路图如图(a)所示，实验步骤如下：将电阻箱R1的电阻调到零，闭合开关S，调节滑动变阻器R2，使电流表A1的示数达到满偏电流I0；保持R2阻值不变，调节电阻箱R1，使电流表A1的示数为eq\f(I0,2)，此时电阻箱接入电路的阻值为R0，则可得rA1＝______；(2)利用电流表A2和改装好并重新标度电压示数的电压表采用图(b)所示的电路测量移动电源的电动势与内阻。若根据测出的多组数据，绘制得到的U－I图线如图(c)所示，则其电动势E＝______V，内阻r＝______Ω。(结果均保留2位有效数字)答案(1)R0(2)6.02.0解析(1)将电阻箱R1的电阻调到零，闭合开关S，调节滑动变阻器R2，使电流表A1的示数达到满偏电流I0；保持R2阻值不变，可认为电阻箱和电流表两端电压之和不变，调节电阻箱R1，使电流表A1的示数为eq\f(I0,2)，可知电阻箱的阻值等于电流表的内阻，则此时电阻箱接入电路的阻值为R0，则可得rA1＝R0；(2)由图像可知，电动势E＝6.0V，内阻r＝eq\f(ΔU,ΔI)－rA2＝eq\f(6.0－3.0,1.0)Ω－1.0Ω＝2.0Ω。7．(2023·江苏徐州市模拟)某小组用图甲电路先测量电阻Rx，再测量电池电动势E和内阻r，器材如下：A．待测金属丝Rx(电阻约几欧姆)和待测电池(E约3V)B．电流表A(量程0.6A，内阻约0.2Ω)C．电压表V(量程3V，内阻约3.0kΩ)D．滑动变阻器R1(0～50Ω)E．滑动变阻器R2(0～100Ω)F．开关S、导线若干(1)用图甲电路进行实验。将R1、R2滑片均移至左端，闭合开关S，接下来正确的操作顺序是______。①将R1的滑片移至右端②保持R2的滑片不动，R1的滑片逐渐右移，读出多组电压表U和电流表I的示数③保持R1的滑片不动，R2的滑片逐渐右移，读出多组电压表U和电流表I的示数(2)该组同学在测量电阻Rx阻值的过程中，电压表示数U和相应电流表示数I记录于下表。描点作出的U－I图线如图乙所示。U/V1.001.401.812.202.392.80I/A0.200.280.360.440.480.56由图线可知，电阻Rx的阻值为______Ω(结果保留两位有效数字)。(3)该组同学在测量电池电动势E和内阻r的过程中，根据多组电压表示数U和相应电流表示数I，作出U－I图线如图丙所示，测得图线在U轴上的截距为b，斜率的绝对值为k，则测得电池的电动势E为______，内阻r为______。(用R1、k、