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《走向高考》2013高考物理总复习 7-3电学实验基础


7-3 电学实验基础 一、选择题 1.以下说法中,正确的是( )

A.采用伏安法测电阻时,只要仪器选得正确,可保证没有系统 误差 B.用伏安法测电阻,不论是用电流表外接法,还是电流表内接 法,都存在系统误差 C.用欧姆表测电阻,既准确又方便 D.伏安法测电阻,存在系统误差的原因是由于电流表的分压 [答案] B

[解析] 对 A、B 选项,伏安法测电阻不可能没有系统误差,只 能减小,故 B 选项正确,A 选项错误。对 C 选项,欧姆表测电阻方 便但由于刻度不均匀读数误差较大,电池用久了误差更大。因而 C 选项错误。对 D 选项,不同的测量电路引起误差的原因不同,故 D 选项错误。 2.如下图所示,用伏安法测电阻,若电流表内阻 1Ω,电压表内 阻 5000Ω,Rx 约为 10Ω,则下图中哪个测量结果较为准确?测量值 比真实值偏大还是偏小( )

A.甲电路,偏大 C.乙电路,偏大 [答案] [解析] B

B.甲电路,偏小 D.乙电路,偏小

RV RV Rx Rx =500, =10,∴ R > ,应采用电流表外接法, Rx RA x RA

由于电压表分流,使 IA>Ix,Rx 的测量值比真实值偏小。

3.分别用图(a)、(b)两种电路测量同一未知电阻的阻值。图(a) 中两表的示数分别为 3V、4mA,图(b)中两表的示数分别为 4V、 3.9mA,则待测电阻 Rx 的真实值为( )

A.略小于 1kΩ C.略大于 1kΩ [答案] D

B.略小于 750Ω D.略大于 750Ω

[解析] 先判断采用的测量方法,由于在两种不同的接法中电压 表的示数变化大,说明测量的是小电阻,这样电流表分压较大,应该 采用(a)图进行测量比较准确。(a)图中测量值较真实值偏小。 4.

如图所示电路,用伏安法测量电阻的大小。电阻 R=320Ω 时, 电流表的示数是 15mA, 电压表的示数是 4.5V。 如果用这个电路测量 未知电阻 R′,电流表的示数是 13mA,电压表的示数是 5.2V,则电 阻 R′的大小是( A.R>420Ω C.R′=420Ω [答案] [解析] A R=320Ω 时,两端电压 U=4.5V,则通过 R 的电流 IR ) B.400Ω<R′<420Ω D.无法确定

U 4.5 =R= A=0.014A=14mA 320 通过电压表的电流 IV=I-IR=(15-14)mA=1mA

4.5 U 电压表内阻 RV= = Ω=4500Ω IV 1×10-3 当电阻为 R′时,电压 U′=5.2V 通过电压表的电流 IV′= U′ 5.2 = A=1.15mA RV 4500

通过 R′的电流 IR′=I′-IV′=(13-1.15)mA=11.85mA 电阻 R′= U′ 5.2 = Ω=439Ω。 IR′ 11.85×10-3

二、非选择题 5.用伏安法测一定值电阻的阻值,备选器材如下: 待测电阻 Rx(阻值约 2.0kΩ,额定功率为 0.05W) 电压表 V1(量程 0~1V,内阻 10kΩ) 电压表 V2(量程 0~10V,内阻 100kΩ) 电流表 A1(量程 0~500μA,内阻 50Ω) 电流表 A2(量程 0~6mA,内阻 10Ω) 电源 E1(电动势 3V,内阻不计) 电源 E2(电动势 12V,内阻不计) 滑动变阻器 R(电阻范围 0~10Ω,额定功率 25W) 电键 S 及导线若干 为使测量尽量准确,要求进行多次测量,求得平均值,请画出测 量所需的电路原理图,并按题目所给的符号在图中标明所选器材。 [答案] 如图所示

[解析] 因待测电阻 Rx 的阻值约为 2.0kΩ, 额定功率为 0.05W , 由 U= PRx得待测电阻两端电压约为 10V,所以电源选 E2,电压表 选 V2,由 U=IRx,知允许通过待测电阻的最大电流约 5mA,电流表
2 选 A2,因 RV· A<Rx,所以电流表内接,又因 R?Rx,所以滑动变阻 R

器接成分压式。 6.用伏安法测量一个阻值约为 20Ω 的未知电阻 Rx 的阻值。实 验电路图如图: (1)在以下备选器材中,电流表应选用________,电压表应选用 ________ ,滑动变阻器应选用________。

电源 E(电动势 3V、内阻可以忽略不计) 电流表 A1(量程 0~50mA,内阻约 12Ω) 电流表 A2(量程 0~3A,内阻约 0.12Ω) 电压表 V1(量程 0~3V,内阻约 3kΩ) 电压表 V2(量程 0~15V,内阻约 15kΩ) 滑动变阻器 R1(0~10Ω,允许最大电流 2.0A) 滑动变阻器 R2(0~1000Ω,允许最大电流 0.5A) 定值电阻 R(30Ω,允许最大电流 1.0A) 开关、导线若干 (2)某次测量中,电压表读数为 U 时,电流表读数为 I,则计算待 测电阻阻值的表达式 Rx=________。

[答案] [解析]

(1)A1

V1

R1

U (2) I -R

(1)电源电动势 E=3V, x 的阻值约为 20Ω, R 定值电阻 R E ≈0.048A,因此电 R+Rx+RA

=30Ω,流过电流表的最大电流 Imax=

流表应选 A1,电压表应选 V1,为了便于分压电路调节,滑动变阻器 U 应选择 R1。(2)由分压电路关系可得 Rx= I -R。 7.(2012· 菏泽重点中学联考)用伏安法测量金属丝的电阻(阻值在 4~8Ω 之间),现提供图甲所示的实验器材。实验要求获得多组数据, 且金属丝上所加的电压须从零开始。 (1)请在图甲中选择必要的器材,并进行连线(两表均选用小量程 即可满足实验要求)。

(2)某次实验测量时,表盘刻度及指针如图乙所示,则该金属丝 的电阻值为________。

[答案]

(1)电路连线图如图所示。

(2)5.0Ω [解析] 电源必须连接在直流输出上,采用电流表外接电路,滑 动变阻器分压接法。电压为 2.30V,电流为 0.46A,该金属丝的电阻 值为 R=U/I=5.0Ω。 8.为了精确测量某待测电阻 Rx 的阻值(约为 30Ω)。有以下一些 器材可供选择。 电流表:A1(量程 0~50mA,内阻约 12Ω) A2(量程 0~3A,内阻约 0.12Ω) 电压表:V1(量程 0~3V,内阻很大) V2(量程 0~15V,内阻很大) 电源:E(电动势约为 3V,内阻约为 0.2Ω) 定值电阻:R(30Ω,允许最大电流 2.0A) 滑动变阻器:R1(0~10kΩ,允许最大电流 2.0A) 滑动变阻器:R2(0~1kΩ,允许最大电流 0.5A) 单刀单掷开关 S 一个,导线若干 (1)电流表应选________,电压表应选________,滑动变阻器应 选________。(填字母代号) (2)请在方框中画出测量电阻 Rx 的实验电路图。 (要求测量值的范 围尽可能大一些,所用器材用对应的符号标出)

(3)某次测量中,电压表示数为 U 时,电流表示数为 I,则计算待 测电阻阻值的表达式为 Rx=________。

[答案]

(1)A1

V1

R1

(2)如图所示

U (3) I -R 9.(2012· 江西盟校联考)用伏安法测电阻时,由于电压表、电流 表内阻的影响, 不论使用电流表内接法还是电流表外接法, 都会产生 系统误差。 为了消除系统误差, 某研究性学习小组设计了如图所示的 测量电路。

(1)请完成下列操作过程: 第一步:先将 R2 的滑动触头调到最左端,单刀双掷开关 S2 合向 1,然后闭合开关 S1,调节滑动变阻器 R1 和 R2,使电压表和电流表 的示数尽量大些(不超过量程),读出此时电压表和电流表的示数 U1、 I1 ; 第 二 步 : 保 持 两 滑 动 变 阻 器 的 滑 动 触 头 位 置 不 变 , ________________________________________。 (2)根据以上记录数据写出被测电阻 Rx 的表达式 Rx=________。

(3)根据实验原理图连接好实物图。 [答案] 数 U2、I2 U1 U2 (2) - I1 I2 (3)如图所示 (1)将单刀双掷开关 S2 合向 2, 读出电压表和电流表的示

[解析] 本题用了一种新的方法来消除系统误差,解题的关键是 能否根据题目中的电路图弄清实验原理。 10.实验室有如下器材: 电流表 A1(满偏电流约 500μA,有刻度无刻度值,内阻 rg 约 500Ω); 电流表 A2(量程 0~300μA,内阻 rA2=1000Ω); 电流表 A3(量程 0~1mA,内阻 rA3=100Ω); 定值电阻 R0(阻值 1kΩ); 滑动变阻器 R(0~5Ω,额定电流 2A); 电池(电动势 2V,内阻不计); 开关、导线若干。 要求较精确地测出 A1 表的内阻和满偏电流。 (1)在方框内画出测量电路;

(2)应读取的物理量是________;

(3)用这些量表示的 A1 表的满偏电流 Ig=__________,A1 表的内 阻 rg=________。 [答案] (1)电路如图所示

(2)A1 表满偏时 A2 表的读数 I2、A3 表的读数 I3 (3)I3-I2 [解析] I2rA2 I3-I2 (1)要测量 A1 表的内阻,需测出通过 A1 表的电流和它两

端的电压 U1。A1 表没有刻度值,所以不能直接读出满偏电流,要通 过 A2、A3 才能间接测得。U1m=Igrg≈(5×10-4×500)V=0.25V,因 A2、A3 表的内阻是确定值,故可以把它们当做电压表.A3 表的电压 量 程 U3 = Ig3· 3 = 0.1V<U1m , A2 表 的 电 压 量 程 U2 = Ig2· 2 = rA rA 0.3V>U1m, 所以应选择 A2 与 A1 并联, 这样 A2 表两端的电压就是 U1。 若 A3 直接与 A1、A2 串联接在滑动变阻器的分压端,电压小于(U1m +U3)=0.35V,滑动变阻器调节不方便,所以可再串联一个定值电阻 R0。 (2)见答案。 (3)当 A1 表满偏时,读出 A2、A3 表的读数 I2、I3,有 Ig=I3-I2。 A1 表的内阻 rg= U1 I2rA2 = 。 Ig I3-I2

11.为了测量一个量程为 3V 的电压表的内阻 RV(约几千欧姆), 可以采用图甲电路。

(1)试将图乙所给实验仪器按实验电路连成测量电路。

(2)在测量时,可供选择的实验步骤有: A.闭合开关 S; B.将电阻箱 R0 的阻值调到最大; C.将电阻箱 R0 的阻值调到零; D.调节电阻箱 R0 的阻值使电压表的指针指示 1.5V,记下此时 R0 的值; E. 调节滑动变阻器 R 的滑动触头 P, 使电压表的指针指示 3.0V; F.把变阻器 R 的滑动触头 P 滑到 a 端; G.把变阻器 R 的滑动触头 P 滑到 b 端; H.断开开关 S; 把必要的合理步骤选出来,按操作顺序将字母代号填在横线上 ________。 (3)若在步骤 D 中读出 R0 的阻值为图丙所示位置, 则电压表的电 阻为________Ω。用这种方法测出的电压表内阻与真实值相比偏 ________(填“大”或“小”)。 [答案] (1)如图所示 (2)GCAEDH (3)2400 大

[解析]

(3)由图丙可知接入电路的 R0 的阻值为 2×1000Ω+

4×100Ω=2400Ω,由步骤 D 和 E 可推知,电压表的内阻与 R0 的阻 值相等,即 2400Ω。本实验的原理是 R0 接入电路后,滑动触头 P 和 b 之间的电压变化忽略不计,实际上接入 R0 后,外电路电阻变大, 电路电流变小,从而滑动触头 P 和 b 之间的电压变大,由步骤 D 可 知电压表的示数减小为原来的 1/2,所以此时电阻箱两端的电压应该 大于 1.5V,即电阻箱接入电路的阻值大于电压表的内阻,故用这种 方法测出的电压表内阻与真实值相比偏大。 12.待测电阻 Rx 的阻值约为 20Ω,现要测量其阻值,实验室提 供器材如下: A.电流表 A1(量程 150mA,内阻约为 10Ω) B.电流表 A2(量程 20mA,内阻 r2=30Ω) C.电压表 V(量程 15V,内阻约为 3000Ω) D.定值电阻 R0=100Ω E.滑动变阻器 R1,最大阻值为 5Ω,额定电流为 1.0A F.滑动变阻器 R2,最大阻值为 5Ω,额定电流为 0.5A G.开关 E,电动势 E=4V(内阻不计) H.开关 S 及导线若干 (1)为了使电表调节范围较大,测量准确,测量时电表读数不得 1 小于其量程的 , 请从所给的器材中选择合适的实验器材________(均 3 用器材前对应的序号字母填写); (2)根据你选择的实验器材,请你在虚线框内画出测量 Rx 的最佳

实验电路图并标明元件符号;

(3)待测电阻的表达式为 Rx=________,式中各符号的物理意义 为 ________________________________________________________ _________________________________________________________。 [答案] (1)A、B、D、E、G、H

(2)如图所示

I2?R0+r2? (3) I1-I2

I1、 2 分别为 A1 和 A2 的示数, 0 与 r2 分别为定值 I R

电阻和 A2 内阻的阻值 [解析] (1)由于电源电动势为 4V,电压表 V 量程为 15V,达不

到其量程的三分之一,故电压表不能使用;可用电流表 A2 与定值电 阻 R0 串联扩大其电压量程当做电压表, 再与电流表 A1 配合使用伏安 法测量待测电阻阻值,由于改装的电压表内阻已知,故电流表 A1 采 用外接法,改装的电压表电压量程为 20mA×130Ω=2.6V,滑动变 阻器最大阻值为 5Ω,无法起到限流作用,故滑动变阻器采用分压式 接法,此时考虑到干路最小电流为 E =0.8A,故滑动变阻器只能选 R滑

择 R1,经过估算当电流表 A1 满偏时,电流表 A2 也正好满偏,非常 匹配,因此满足电表读数不得小于量程的三分之一。故器材选择 A、 B、D、E、G、H。 (2)如答案图所示。

(3)待测电阻 Rx=

I2?R0+r2? ,其中 I1、I2 分别为电流表 A1 和 A2 I1-I2

的示数,R0 和 r2 分别为定值电阻和电流表 A2 的内阻。


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