第2講電學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新1.(2017·甘肅慶陽(yáng)模擬)某同學(xué)要探究一種新材料制成的圓柱體的電阻.步驟如下:(1)用游標(biāo)為20分度的卡尺測(cè)量其長(zhǎng)度如圖1,由圖可知其長(zhǎng)度為mm.

(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量其直徑如圖2,由圖可知其直徑為cm.

(3)用多用電表的電阻“×10”擋,按正確的操作步驟測(cè)此圓柱體的電阻,表盤(pán)的示數(shù)如圖3,則該電阻的阻值約為Ω.(4)該同學(xué)想用伏安法更精確地測(cè)量其電阻R,現(xiàn)有的器材及其代號(hào)和規(guī)格如下:待測(cè)圓柱體電阻R;電流表A1(量程0～4mA,內(nèi)阻約50Ω);電流表A2(量程0～10mA,內(nèi)阻約30Ω);電壓表V1(量程0～3V,內(nèi)阻約10kΩ);電壓表V2(量程0～15V,內(nèi)阻約25kΩ);直流電源E(電動(dòng)勢(shì)4V,內(nèi)阻不計(jì));滑動(dòng)變阻器R1(阻值范圍0～15Ω,允許通過(guò)的最大電流2.0A);滑動(dòng)變阻器R2(阻值范圍0～20kΩ,允許通過(guò)的最大電流0.5A)開(kāi)關(guān)S;導(dǎo)線若干;為使實(shí)驗(yàn)誤差較小,要求測(cè)得多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,請(qǐng)?jiān)趫D4方框中畫(huà)出測(cè)量的電路圖,并標(biāo)明所用器材的代號(hào).解析:(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為L(zhǎng)=50mm+3×0.05mm=50.15mm;(2)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為d=4.5mm+20.0×0.01mm=4.700mm=0.4700cm;(3)歐姆表的讀數(shù)為R=22×10Ω=220Ω;(4)由于電壓表V2量程太大(量程的大于電源的電動(dòng)勢(shì)),所以電壓表應(yīng)選擇V1;根據(jù)歐姆定律可求出通過(guò)待測(cè)電阻的最大電流為Imax==A≈14mA,所以電流表應(yīng)選擇A2;根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求多測(cè)幾組數(shù)據(jù)可知變阻器應(yīng)采用分壓式接法,應(yīng)選擇阻值小的變阻器以方便調(diào)節(jié);由于待測(cè)電阻滿足>,電流表應(yīng)用外接法,畫(huà)出電路圖,如圖所示.答案:(1)50.15(2)0.4700(3)220(4)見(jiàn)解析圖2.(2017·江西上饒一模)一個(gè)小燈泡的額定電壓為2.0V,額定電流約為0.5A,選用下列實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪和研究小燈泡的伏安特性曲線A.電源E:電動(dòng)勢(shì)為3.0V,內(nèi)阻不計(jì)B.電壓表V1:量程為0～3V,內(nèi)阻約為1kΩC.電壓表V2:量程為0～15V,內(nèi)阻約為4kΩD.電流表A1:量程為0～3A,內(nèi)阻約為0.1ΩE.電流表A2:量程為0～0.6A,內(nèi)阻約為0.6ΩF.滑動(dòng)變阻器R1:最大阻值為10Ω,額定電流為1.0AG.滑動(dòng)變阻器R2:最大阻值為150Ω,額定電流為1.0AH.開(kāi)關(guān)S,導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)中使用的電壓表應(yīng)選用;電流表應(yīng)選用;滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用(請(qǐng)?zhí)顚?xiě)選項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母).

(2)實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)連接實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示,請(qǐng)你不要改動(dòng)已連接的導(dǎo)線,在圖1的實(shí)物連接圖中把還需要連接的導(dǎo)線補(bǔ)上.閉合開(kāi)關(guān)前,應(yīng)使變阻器滑片放在最(填“左”或“右”)端.

(3)實(shí)驗(yàn)中得到的其中一組電壓表與電流表示數(shù)如圖2所示,請(qǐng)將該組數(shù)據(jù)標(biāo)記在U-I坐標(biāo)中,其余實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已標(biāo)記在圖3的坐標(biāo)中,請(qǐng)你畫(huà)出小燈泡的U-I圖線.并簡(jiǎn)述該圖線不是直線的主要原因.

(4)若將實(shí)驗(yàn)中的小燈泡接在電動(dòng)勢(shì)是1.5V、內(nèi)阻是1.0Ω的電池兩端,則小燈泡的實(shí)際功率約為W(保留兩位有效數(shù)字).

解析:(1)燈泡額定電壓為2V,電壓表應(yīng)選B,燈泡額定電流為0.5A,電流表應(yīng)選E,為方便實(shí)驗(yàn)操作,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選F.(2)描繪燈泡伏安特性曲線,電壓與電流應(yīng)從零開(kāi)始變化,滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法,燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻約為R==Ω=4Ω,電壓表內(nèi)阻約為1kΩ,電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于燈泡電阻,電流表應(yīng)采用外接法,實(shí)驗(yàn)電路圖如圖(甲)所示;為保護(hù)電路,閉合開(kāi)關(guān)前,滑片應(yīng)置于左端.(3)根據(jù)坐標(biāo)系中描出的點(diǎn),用平滑的曲線把各點(diǎn)連接起來(lái),作出燈泡的U-I圖像,如圖(乙)所示.由于燈泡電阻受溫度影響,燈泡電阻隨溫度升高而增大,所以燈泡的U-I圖線不是直線.(4)在燈泡的U-I圖像坐標(biāo)系中作出電池的U-I圖像,如圖(丙)所示;由圖像可知,用該電池給燈泡供電時(shí),燈泡兩端電壓為1.1V,電流為0.4A,則燈泡實(shí)際功率P=UI=1.1×0.4W=0.44W.答案:(1)BEF(2)見(jiàn)解析圖左(3)見(jiàn)解析圖燈絲電阻隨溫度升高而增大(4)0.443.(2017·寧夏石嘴山二模)用下列器材組裝成一個(gè)電路,既能測(cè)量出電池組的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r,又能同時(shí)描繪小燈泡的伏安特性曲線.A.電壓表V1(量程6V,內(nèi)阻很大)B.電壓表V2(量程3V,內(nèi)阻很大)C.電流表A(量程3A,內(nèi)阻很小)D.滑動(dòng)變阻器R(最大阻值10Ω,額定電流4A)E.小燈泡(2A,5W)F.電池組(電動(dòng)勢(shì)E,內(nèi)阻r)G.開(kāi)關(guān)一只,導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)時(shí),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值,多次測(cè)量后發(fā)現(xiàn):若電壓表V1的示數(shù)增大,則電壓表V2的示數(shù)減小.(1)請(qǐng)將設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖在圖(甲)的虛線方框中補(bǔ)充完整.(2)每一次操作后,同時(shí)記錄電流表A、電壓表V1和電壓表V2的示數(shù),組成兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(I1,U1),(I2,U2),標(biāo)到UI坐標(biāo)中,經(jīng)過(guò)多次測(cè)量,最后描繪出兩條圖線,如圖(乙)所示,則電池組的電動(dòng)勢(shì)E=V、內(nèi)阻r=Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(3)在U-I坐標(biāo)中兩條圖線在P點(diǎn)相交,此時(shí)滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值應(yīng)為Ω.

解析:(1)伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中,電壓表測(cè)路端電壓,電壓表示數(shù)隨滑動(dòng)變阻器接入電路阻值的增大而增大;描繪小燈泡伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中,電流表測(cè)流過(guò)燈泡的電流,燈泡兩端電壓隨滑動(dòng)變阻器接入電路電阻的增大而減小;調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí),電壓表V1的示數(shù)增大,則電壓表V2的示數(shù)減小,則V1測(cè)路端電壓,V2測(cè)燈泡兩端電壓,電路圖如圖所示.(2)電源的U-I圖像是一條傾斜的直線,由圖像可知,電源電動(dòng)勢(shì)E=4.5V,電源內(nèi)阻r==Ω=1.0Ω.(3)由圖像中P點(diǎn)的坐標(biāo)可知,燈泡電壓UL=2.5V,此時(shí)電路電流I=2.0A,電源電動(dòng)勢(shì)E=Ir+UL+IR滑,即4.5V=2.0A×1Ω+2.5V+2.0A×R滑,則R滑=0Ω.答案:(1)見(jiàn)解析圖(2)4.51.0(3)04.(2017·湖北黃岡模擬)熱敏電阻包括正溫度系數(shù)電阻器(PTC)和負(fù)溫度系數(shù)電阻器(NTC),正溫度系數(shù)電阻器的電阻隨溫度的升高而增大,負(fù)溫度系數(shù)電阻器的電阻隨溫度的升高而減小.某實(shí)驗(yàn)小組選用下列器材探究某一熱敏電阻Rx的導(dǎo)電特性,A.電流表A1(滿偏電流10mA,內(nèi)阻r1=10Ω)B.電流表A2(量程0.6A,內(nèi)阻r2為0.5Ω)C.滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值10Ω)D.滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值500Ω)E.定值電阻R3(阻值1490Ω)F.定值電阻R4(阻值140Ω)G.電源E(電動(dòng)勢(shì)15V,內(nèi)阻忽略)H.開(kāi)關(guān)與導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)采用的電路圖如圖1所示,則滑動(dòng)變阻器選,定值電阻R選.(填儀器前的字母序號(hào))

(2)該小組分別測(cè)出某個(gè)熱敏電阻的I1-I2圖像如圖2所示,請(qǐng)分析說(shuō)明該曲線對(duì)應(yīng)的熱敏電阻是(選填“PTC”或“NTC”)熱敏電阻.

(3)若將此熱敏電阻直接接到一電動(dòng)勢(shì)為9V,內(nèi)阻10Ω的電源兩端,則此時(shí)該熱敏電阻的阻值為Ω(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

解析:(1)電壓從零開(kāi)始調(diào)節(jié),故采用滑動(dòng)變阻器分壓接法;故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇總阻值較小的C;由圖可知,定值電阻R與電流表串聯(lián)充當(dāng)電壓表使用,而電源的電動(dòng)勢(shì)為15V,故定值電阻應(yīng)選E.(2)如圖2,由曲線所示圖線可知,隨電壓增大,電流增大,電阻實(shí)際功率增大,溫度升高,電壓與電流比值增大,電阻阻值增大,即隨溫度升高,電阻阻值增大,該電阻是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻.(3)根據(jù)改裝原理可知,加在電阻兩端的電壓為I1(R+r1);則在圖2中作出對(duì)應(yīng)的電源的伏安特性曲線②;由圖中交點(diǎn)的坐標(biāo)可知,對(duì)應(yīng)的電流I1=6.5mA,I2=0.25A;則由歐姆定律可知R=Ω=39.0Ω.答案:(1)CE(2)PTC(3)39.05.(2017·河北保定模擬)為測(cè)量某一電壓表的內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備如下器材:A.待測(cè)電壓表V1,量程0～3V,內(nèi)阻約為3kΩ;B.電壓表V2,量程0～15V,內(nèi)阻約15kΩ;C.電阻箱R1,電阻范圍0～9999Ω;D.滑動(dòng)變阻器R2,電阻范圍0～10Ω;E.電源電動(dòng)勢(shì)約為15V,內(nèi)阻可不計(jì);F.開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干.(1)請(qǐng)按照給定的電路圖連接實(shí)驗(yàn)器材:(2)將電阻箱的阻值調(diào)到7375Ω;(3)閉合開(kāi)關(guān)前,將滑動(dòng)變阻器的滑片滑到端(填“a”或“b”);

(4)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置時(shí),發(fā)現(xiàn)兩表均有讀數(shù),但讀數(shù)幾乎不變,經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)故障為導(dǎo)線斷路引起,請(qǐng)指出發(fā)生斷路的導(dǎo)線為(填寫(xiě)電路圖中的數(shù)字序號(hào));

(5)排除故障后,繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片到某一位置,發(fā)現(xiàn)V1表剛好滿偏,V2表指針偏轉(zhuǎn)情況如圖2所示,讀出V2表讀數(shù)為V,待測(cè)電壓表的內(nèi)阻為Ω;

(6)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置,獲得多組待測(cè)電壓表內(nèi)阻的測(cè)量值,取平均值作為待測(cè)電壓表內(nèi)阻的最終結(jié)果.解析:(1)根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖,實(shí)物電路圖如圖所示.(3)為保護(hù)電路安全,閉合開(kāi)關(guān)前,將滑動(dòng)變阻器的滑片滑到a端.(4)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置時(shí),兩表均有讀數(shù),說(shuō)明兩電壓表都與電源兩極相連,電壓表讀數(shù)幾乎不變,說(shuō)明移動(dòng)滑片時(shí)分壓電路兩端電壓變化不大,應(yīng)是由于導(dǎo)線6斷路造成,兩電壓表與滑動(dòng)變阻器串聯(lián),滑動(dòng)變阻器阻值很小,移動(dòng)滑片時(shí)總電路電阻幾乎不變,電壓表示數(shù)幾乎不變.(5)由圖示電壓表可知,其量程為15V,分度值為0.5V,示數(shù)為10.5V;由串聯(lián)電路特點(diǎn)可知,電阻箱兩端電壓U=U2-U1=10.5V-3V=7.5V,電阻箱與電壓表V1串聯(lián),則=,代入數(shù)據(jù),解得RV1=2950Ω.答案:(1)見(jiàn)解析圖(3)a(4)6(5)10.529506.(2017·遼寧沈陽(yáng)一模)指針式多用表是實(shí)驗(yàn)室中常用的測(cè)量?jī)x器,請(qǐng)完成下列問(wèn)題:(1)在使用多用電表測(cè)量時(shí),若選擇開(kāi)關(guān)撥至“25mA”擋,指針的位置如圖(a)所示,則測(cè)量結(jié)果為mA.

(2)多用電表測(cè)未知電阻阻值的電路如圖(b)所示,電池的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r,R0為調(diào)零電阻,Rg為表頭內(nèi)阻,電路中電流I與待測(cè)電阻的阻值Rx關(guān)系圖像如圖(c)所示,則該圖像的函數(shù)關(guān)系式為I=;

(3)下列根據(jù)圖(c)中IRx圖線做出的解釋或判斷中正確的是.

A.因?yàn)楹瘮?shù)圖線是非線性變化的,所以歐姆表的示數(shù)左小右大B.歐姆表調(diào)零的實(shí)質(zhì)是通過(guò)調(diào)節(jié)R0使Rx=0時(shí)電路中的電流I=IgC.Rx越小,相同的電阻變化量對(duì)應(yīng)的電流變化量越大,所以歐姆表的示數(shù)左密右疏D.測(cè)量中,當(dāng)Rx的阻值為圖(c)中的R2時(shí),指針位于表盤(pán)中央位置的左側(cè)(4)根據(jù)圖線可知該電池的電動(dòng)勢(shì)E=.

解析:(1)若選擇開(kāi)關(guān)撥至“25mA”擋,由題圖(a)所示表盤(pán)可知,其分度值為0.5mA,所測(cè)電流為11.5mA.(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得I==.(3)因?yàn)镽x=-r-R0-Rg,函數(shù)圖線是非線性變化的,當(dāng)電流比較大時(shí),則電阻比較小,當(dāng)電流比較小時(shí),則電阻比較大,故A錯(cuò)誤;當(dāng)Rx=0,I=,此時(shí)電流為滿偏電流,故B正確;Rx越小,相同的電阻變化量對(duì)應(yīng)的電流變化量越大,所以歐姆表的示數(shù)左密右疏,故C正確;測(cè)量中,當(dāng)Rx的阻值為圖(c)中的R2時(shí),電流比半偏電流小,指針位于表盤(pán)中央位置的左側(cè),故D正確.(4)由圖(c)所示圖像可知,Ig=,Ig=,解得R1=R內(nèi),則電源電動(dòng)勢(shì)E=IgR1.答案:(1)11.50(2)(3)BCD(4)IgR1教師備用:(2017·江蘇卷,11)某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)制作一個(gè)簡(jiǎn)易的溫控裝置,實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖(甲)所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端,當(dāng)繼電器的電流超過(guò)15mA時(shí),銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實(shí)現(xiàn)溫控.繼電器的電阻約為20Ω,熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的實(shí)驗(yàn)器材有:電源E1(3V,內(nèi)阻不計(jì))、電源E2(6V,內(nèi)阻不計(jì))、滑動(dòng)變阻器R1(0～200Ω)、滑動(dòng)變阻器R2(0～500Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0～999.9Ω)、開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干.為使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)30～80℃之間任一溫度的控制,電源E應(yīng)選用(選填“E1”或“E2”),滑動(dòng)變阻器R應(yīng)選用(選填“R1”或“R2”).(2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電路不工作.某同學(xué)為排查電路故障,用多用電表測(cè)量各接點(diǎn)間的電壓,則應(yīng)將如圖(乙)所示的選擇開(kāi)關(guān)旋至(選填“A”“B”“C”或“D”).

(3)合上開(kāi)關(guān)S,用調(diào)節(jié)好的多用電表