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1、电 学 实 验(45分钟100分)1.(12分)图1为测量电阻的电路,Rx为待测电阻,R的阻值已知,R为保护电阻,阻值未知,电源E的电动势未知,K1、K2均为单刀双掷开关,A为电流表,其内阻不计。(1)按图1所示的电路,在图2的实物图上连线。(2)测量Rx的步骤为:将K2向d闭合,K1向_闭合,记下电流表读数I1,再将K2向c闭合,K1向_(以上两空均选填“a”或“b”)闭合,记电流表读数I2,计算Rx的公式是Rx=_。【解析】(1)根据电路图连接实物电路图,电源的正极出发,根据电路图连接实物电路图,实物电路图如图所示:(2)该实验的原理是:用一个电流表分别测量出两个电阻的电流,根据二者电压相
2、等,推导出待测电阻的表达式。因此实验步骤为:将K2向d闭合,K1向a时,测量的I1是Rx的电流;当K2向c闭合,K1向b时,测量的I2是R的电流,Rx与R并联,所以:I1Rx=I2R,解得:Rx=。答案:(1)见解析图(2)ab2.(12分)(2020和平区模拟)将两个金属电极锌、铜片插入一个水果中就可以做成一个水果电池。现要测量橘子电池(如图甲所示)的电动势和内阻,三位同学采用不同的方法进行探究。(1)甲同学用多用电表的直流电压挡,选择01 V 量程,直接测铜、锌两金属片之间的电压时示数为0.82 V;若已知该水果电池的内阻约为2 100 ,则该水果电池的电动势应_(选填“大于”“等于”或“
3、小于”)0.82 V。(2)乙同学利用伏安法并借助DIS实验器材中的电压传感器、电流传感器测水果电池的电动势和内阻,电路如图乙所示。表是乙同学测量该水果电池时记录的数据。次数123456电压U/V0.320.360.440.520.600.68电流I/mA0.320.300.260.220.180.14请你根据测量数据在给出的图丙坐标纸中描点作出U随I变化的关系图象,由图象求出水果电池的电动势为_V,内阻为_。(3)丙同学将四个这样的水果电池串联起来给“2.5 V0.5 A”的小灯泡供电,结果灯泡不发光(经检查,电路无故障),则灯泡不亮的原因是_。【解析】(1)多用电表测量的是路端电压,水果电
4、池有较大的内阻,根据闭合电路欧姆定律可知,水果电池的电动势大于0.82 V;(2)作出U随I变化的关系图象:U-I图象的纵轴截距表示电源的电动势,斜率的绝对值等于电源的内阻,由图象可知水果电池的电动势为E=0.96 V,内阻为r=2.0103 。(3)水果电池的内阻太大,回路中电流太小,路端电压太小,灯泡不发光。答案:(1)大于(2)见解析图0.962.0103(3)水果电池的内阻太大,回路中电流太小,路端电压太小3.(12分)(2019济南模拟)摄影中常用测光表来测定光的强度以便确定合适的曝光时间。光的强弱可以用照度来计量,光越强照度越大,照度单位为lx。光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化
5、的元件,如图甲所示为某光敏电阻R在不同照度下的阻值变化情况。某同学按照图乙所示的电路图连成电路,测出在不同光的照度值下对应的电流值,将照度值标在电流表对应的刻线上,就将电流表改装成一个简易的测光表。现有的器材及规格如下:光敏电阻RP;电流表A(量程0500 A,内阻等于500 );两节干电池E(每节的电动势1.5 V,内阻约0.5 );定值电阻R1(阻值等于5 500 );定值电阻R2(阻值等于4 500 );开关K;(1)根据图甲所示图线可知光敏电阻R的阻值随光的照度增大而_(选填“增大”或“减小”)。(2)此简易测光表上较小的照度值应该对应_(选填“较大”或“较小”)的电流值。(3)若此简
6、易测光表测量量程的最大照度值为12 00 lx,电路中串联的保护电阻R应该选择_(选填“R1”或“R2”)。(4)随着干电池使用时间变长,干电池的内阻会变很大。若不及时更换干电池,会导致测得的光的照度值比真实值_(选填“大”或“小”)。【解析】(1)由图甲所示图线可知,光敏电阻R的阻值随光的照度增大而减小。(2)由图乙所示电路图可知,电路电流为:I=,随光照强度减小,光敏电阻阻值增大,电路电流I减小,由此可知:较小的照度值应该对应较小的电流值。(3)由图甲所示图线可知,照度为12 00 lx时光敏电阻阻值约为1 k,电路电流最大时,电路总电阻最小约为:=6 000 ,则定值电阻大小为6 000
7、 -1 000 -500 =4 500 ,应选择R2;(4)由图乙所示电路图可知,电路电流:I=,电源内阻变大,电路电流减小,相当于光敏电阻阻值增大,对应照度减小。答案:(1)减小(2)较小(3)R2(4)小4.(12分)在市场上销售的铜质电线电缆产品中,部分存在导体电阻不合格问题,质检部门检验发现,一种是铜材质量不合格,使用了再生铜或含杂质较多的铜;再一种就是铜材质量合格,但横截面积较小。质检组查阅到:常温下,纯铜的电阻率约为1.7510-8 m。为检测一捆铜电线的电阻率是否合格,现取一段铜电线测量其电阻率,实验室现有的器材如下:A.电源(电动势约为1.5 V,内阻不计);B.待测铜电线(长
8、度150 m,横截面积约1 mm2);C.电流表A1(量程150 mA,内阻r1约为2 ):D.电流表A2(量程100 mA,内阻r2=3 );E.滑动变阻器R1(020 ,额定电流0.2 A);F.开关、导线若干。(1)小组成员先用螺旋测微器测量该铜电线的直径d,如图(a)所示,则d=_mm。(2)小组设计的测量电路如图(b)所示,则P是_,N是_(填对应器材符号),通过实验作出的图象如图(c)所示。(3)由图(b)电路测得的铜电线的电阻,其测量值比真实值_(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。(4)由图(c)求得这捆铜电线的电阻率=_m(结果保留三位有效数字)从铜电线自身角度,你认为电阻率大
9、的可能原因是_。【解析】(1)螺旋测微器的读数是固定刻度与可动刻度的示数之和,所以铜电线的直径d=1 mm+12.50.01 mm=1.125 mm。(2)由于题目只给了两个电流表,显然其中之一是当成电压表来使用的,但只有已知该电流表的内阻才能由电流表的示数确定该表两端电压,所以P应选内阻已知的A2,N选电流表A1;(3)由串并联电路的关系,可以写出I2 与铜导线的电流I1-I2的关系:I2r2=(I1-I2)Rx ,所以I2=(I1-I2),由于两电流表均测出的是各自的电流,无分流或分压引起的误差,所以测量值与真实值相等。(4)由丙图的图象斜率k=,所以Rx=3 =3.5 ,再根据电阻定律可
10、求得电阻率= m=2.3210-8 m;对比题目所给的铜的电阻率,显然是偏大的,可能是由于铜中含有过多的杂质或者是再生铜所做。答案:(1)1.125(2)A2A1(3)不变(4)2.3210-8使用了再生铜或含过多杂质的次铜5.(17分)某同学想在实验室测量电压表V1的内阻。(1)他先用多用电表的欧姆挡“1 k”测量,如图甲所示,该读数为_;多用表的红表笔与电压表V1的_(选填“正”或“负”)接线柱相连。(2)为了更准确地测量电压表V1的内阻,实验室提供的实验器材如下:A.待测电压表V1(量程为03 V);B.电压表V2(量程为09 V,内阻约为9 k);C.滑动变阻器R1(最大阻值为20 ,
11、额定电流为1 A);D.定值电阻R3(阻值为6 k);E.电源(电动势为9 V,内阻约为1 );F.开关一个、导线若干。根据提供的器材,连接图乙中的实物图。某次实验时电压表V1和电压表V2的读数分别为U1和U2,移动滑动变阻器滑片,多次测量,作出U2-U1图象如图丙所示,已知图象的斜率为k,则内阻RV1的表达式为_(用R3和k表示)。考虑电压表V2的内电阻,则该方法对实验的测量结果_(选填“有”或“无”)影响。【解析】(1)用多用电表的欧姆挡“1 k”测量,该读数为61 k=6 000 ;电流从多用电表的负极流入,则多用表的红表笔与电压表V1的负接线柱相连。(2)实物连线如图所示;由欧姆定律可
12、得:U2=U1+R3即为:U2=U1(1+),则1+=k解得:RV1=由电路图可知,电压表V2的内阻对测量结果无影响。答案:(1)6 000负(2)见解析图无6.(17分)在物理课外活动中余干中学刘雨桐同学制作了一个欧姆表,图甲为欧姆表的电路图。已知电流表满偏电流Ig=10 mA,电池电动势为E,电路中电流I与待测电阻的阻值Rx关系图象如图乙所示。(1)为了测该图乙电阻R1大小和表内电源的电动势,刘雨桐同学在实验室找到了一个电阻箱,设计了如下实验:将红、黑表笔短接,调节R0的阻值使电表指针满偏。将电表红、黑表笔与电阻箱相连,调节电阻使电表指针指满刻度的处,此时电阻箱的示数如图丙所示,则R1应为
13、_。计算得到欧姆表内电池的电动势为_V。(保留两位有效数字),则图乙中函数图象关系式为_。(2)刘雨桐同学想用欧姆表直接去测量某电压表(量程10 V)的内阻(大约为几十千欧),欧姆挡的选择开关拨至倍率“1 k”挡。先将红、黑表笔短接调零后,应选用图丁中_(选填“A”或“B”)方式连接。【解析】(1)根据图乙可知,R1对应中值电阻即半偏时的待测阻值,现在调节电阻使电表指针指满刻度的处,所以电阻箱示数就是R1对应的值,所以R1=150 。设欧姆表内阻为R内,根据闭合电路欧姆定律半偏时:Ig=,短接时:Ig=解得:R内=R1=150 ,E=1.5 V根据闭合电路欧姆定律可知函数关系式:I=。(2)欧
14、姆表电流始终为红表笔流入黑表笔流出,所以黑表笔接内部电源的正极,所以黑表笔应接电压表的正接线柱,A正确,B错误。答案:(1)1501.5I=(2)A7.(18分)(2019广州模拟)用如图a所示的电路测量铂热敏电阻的阻值与温度的关系。(1)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应移至_端(选填“A”或“B”)。(2)实验测得不同温度下的阻值,并绘得如图b的Rt-t关系图线,根据图线写出该铂热敏电阻的Rt-t关系式:Rt=_()。(3)铂热敏电阻对温度变化很灵敏,可以制成电阻温度计。请利用开关、导线、铂热敏电阻、图a中某一电表和图c所示的恒流源(调节旋钮时可以选择不同的输出电流,且输出电流不随外部条件的变
15、化而变化),设计一个简易电阻温度计并在图d的虚线框内画出电路原理图。(4)结合图b的关系图线,选择恒流源的输出电流为0.15 A,当选用的电表达到满偏时,电阻温度计所测温度为_。如果要提高该温度计所能测量的最高温度值,请提出一种可行的方法: _。【解析】(1)开关闭合前,为了保护电路,滑动变阻器的滑片应位于阻值最大处,即滑片应滑到B端;(2)根据图象的直线的特点,可以选设Rt=kt+b,再由图象上的两个特殊点求出k和b,当t=0时,Rt=50 ,从而得到b=50,而当t=100 时,Rt=150 ,从而求得k=1,所以该热敏电阻的Rt-t关系式:Rt=t+50()。 (3)由于题目所给的器材是一恒流源,输出的电流恒定,而热敏电阻变化时,其两端的电压要变化,所以从热敏电阻电压的变化就知道电阻,故设计的电路图如图所示。(4)由图a可得电压表的最大量程为15 V,且使用的是0.15 A的恒流源,则此时热敏电阻的阻值为Rt=100 ,再从图b中查出温度t=50 ;由于电压表的量程一定,U=IR,所以要提高测量R的范围,则要控制恒流变小,或换更大量程的电压表等均可。答案:(1)B(2)50+t(3)图见解析图(4)50将恒流源的电流调小