2019届高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 微专题八 以测电阻为核心的电学实验讲义 新人教版

(3)便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范 围既能满足实验要求，又便于调节．在调节滑动变阻器时，应 使其大部分电阻线都用到． (4)实验实际：除以上三个因素外，还应注重实验实际，如所用 的电源与打点计时器的匹配问题等.
4.实物图连接的注意事项 (1)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，按照电路原理图 依次到开关，再到滑动变阻器，按顺序以单线连接方式将主电 路中串联的元件依次串联起来；其次将要并联的元件再并联到 电路中去． (2)连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉． (3)要注意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从电表的正接 线柱流入，从负接线柱流出.
[解析] (1)根据原理图(a)，将图(b)中的实物连线如图所示．
(2)①滑动变阻器 R1 在实验中为控制电路，且为分压接法，应 选总阻值小的滑动变阻器，故 R1 的阻值为 20 Ω. ②为了保护微安表，S1 闭合时，微安表上的电压为零，故开始 时应将 R1 的滑片 C 滑到滑动变阻器的左端． ③接通 S2 前后，微安表的示数保持不变，说明 S2 闭合后，没 有电流流过 S2，故 B、D 两点的电势相等． ④实验过程中，由于测量电路，即由 Rz、微安表、R2 组成的电 路的阻值很大，可认为测量电路两端的电压不变，故微安表与 Rz 互换后通过 R2、Rz 和微安表的电流不变，电路如图所示．
(3)UI －R
2.(2016·高 考 全 国 卷 Ⅱ ) 某 同 学 利 用 图 (a) 所 示电路测量量程为 2.5 V 的电压表 V 的内阻 (内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电 阻箱 R(最大阻值 99 999.9 Ω)，滑动变阻器 R1(最大阻值 50 Ω)，滑动变阻器 R2(最大阻 值 5 kΩ)，直流电源 E(电动势 3 V)，开关 1 个，导线若干． 实验步骤如下：
(1)利用该电路准确测出 R2 接入电路的阻值．主要操作步骤如 下： a．将滑动变阻器滑片调到某位置，闭合 S、________，断开 ________(均填“S1”或“S2”)，读出电流表的示数 I； b．闭合 S、________，断开________(均填“S1”或“S2”)，调节 电阻箱的阻值为 R 时，电流表的示数也为 I，此时滑动变阻器 接入电路的阻值为________．
[测量电阻]
[典例 1] (2017·高考全国卷Ⅱ)某同学利用如图(a)所示的电路 测量一微安表(量程为 100 μA，内阻大约为 2 500 Ω)的内阻．可 使用的器材有：两个滑动变阻器 R1、R2(其中一个阻值为 20 Ω， 另一个阻值为 2 000 Ω)；电阻箱 Rz(最大阻值为 99 999.9 Ω)； 电源 E(电动势约为 1.5 V)；单刀开关 S1 和 S2.C、D 分别为两个 滑动变阻器的滑片．
1.控制电路的选择 控制电路即滑动变阻器在电路中的连接，常有两种不同的形 式，图甲为限流式，图乙为分压式．
2.测量电路的选择 测量电路的选择即电流表在电路中有两种接法，图丙为电流表 内接，图丁为电流表外接．
3.电学实验仪器的选择 选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材， 一般要考虑四方面因素： (1)安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的 最大电流． (2)误差因素：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误 差，电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的13以 上；使用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡 位．
①按电路原理图(a)连接线路； ②将电阻箱阻值调节为 0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中 最左端所对应的位置，闭合开关 S； ③调节滑动变阻器，使电压表满偏； ④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压 表的示数为 2.00 V，记下电阻箱的阻值．
回答下列问题： (1)实验中应选择滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)． (2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线．
[测电源电动势和内电阻]
[典例 2] 某实验探究小组的同学要测量一节干电池的电动势 和内阻，实验室提供的实验器材如下： A.待测干电池 E(电动势约为 1.5 V，内电阻小于 1.0 Ω)； B.电压表 V(0～1.5 V)； C.电阻箱 R(0～999.9 Ω)； D.开关和导线若干．
该小组的同学根据以上实验器材设计了如图甲所示的电路来 测量干电池的电动势和内阻． (1)实验的主要步骤如下． ①按照如图甲所示的电路图连线； ②调节电阻箱 R 的阻值至最大值； ③将开关 S 闭合，逐渐调节电阻箱 R，记下多组电阻箱的阻值 和对应电压表的示数，如下表所示；
3.某实验小组设计了图甲所示的实验电 路，电路中的各个器材元件的参数为： 电池组(电动势 E 约 6 V，内阻 r 约 3 Ω)、 电流表(量程 2.0 A，内阻 rA＝0.8 Ω)、电 阻箱 R1(0～99.9 Ω)、滑动变阻器 R2(0～ Rt)、开关三个及导线若干．他们认为该电路可以用来测电源的 电动势、内阻和 R2 接入电路的阻值．
由于 B、D 两点的电势相等， 对于图甲，I1RμA＝I2R′，I1Rz1＝I2R，即RRμzA1 ＝RR′ 对于图乙，I1Rz2＝I2R′，I1RμA＝I2R，即RRμzA2 ＝RR′
所以RRμzA1 ＝RRμzA2 所以 RμA＝ Rz1Rz2＝ 2 500×2 601 Ω＝2 550 Ω. (3)提高测量微安表内阻的精度，可减小系统误差，如调节 R1 上的分压，尽可能使微安表接近满量程． [答案] (1)图见解析 (2)①20 ②左 ③相等 ④2 550 (3)调节 R1 上的分压，尽可能使微安表接近满量程
(2)因为实验要求所测量范围尽可能大，所以滑动变阻器应采用
分压接法；因为待测电阻 Rx 的阻值远小于 电压表内阻，所以电流表采用外接法；为
了使流过电流表的电流不超过其最大量
程，即 50 mA，应给待测电阻串联一个定
值电阻 R，起保护作用．实验原理图如图所示．
(3)根据欧姆定律可得 Rx＝UI －R. 答案：(1)A1 V1 R1 (2)图见解析
(2)为了能根据图像较直观地求出干电池的电动势和内阻，两个 图像中比较合适的是________(选填“U R”或“U1 R1”)图 像． (3)根据你所选择的图像，求出该干电池的电动势为________V， 内阻为________Ω.
[解析] 先根据记录的测量数据在坐标图上描点，然后用过尽 可能多的点的平滑曲线连接，分别作出如图(a)所示的 U R
章恒定电流 微专题八|以测电阻为核心的电学实验
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[测量电阻] [测电源电动势和内电阻] [巩固训练]
电学常考的以测电阻为核心的实验可分为两大类：一类是 电阻的测量(如电阻和电阻率的测量、描绘小灯泡的伏安特性曲 线、练习使用多用电表等实验)，另一类是电源电动势和内阻的 测量．这两类实验的突破主要是以下几点：
(1)电流表应选________，电压表应选________，滑动变阻器应 选________．(填字母代号) (2)请画出测量电阻 Rx 的实验电路图．(要求所测量范围尽可能 大)
(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＝________.
解析：(1)首先选取唯一性器材：电源 E(电动势约为 3 V，内阻约 为 0.2 Ω)，定值电阻 R(20 Ω，允许最大电流 1.0 A)，单刀单掷开 关 S，导线． 电源电动势约为 3 V，所以电压表选择 V1(量程 0～3 V，内阻很大)； 待测电阻 Rx 的阻值约为 30 Ω，流过 Rx 的最大电流为330VΩ＝0.1 A ＝100 mA，如果电流表选择 A2(量程 0～3 A，内阻约 0.12 Ω)，指 针偏转很小，测量不准确，所以只能选择 A1(量程 0～50 mA，内 阻约 10 Ω)；滑动变阻器 R2 的全值电阻太大，操作不便，所以滑 动变阻器应选 R1(0～10 Ω，允许最大电流 2.0 A)．
④将电阻箱 Rz 和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将 Rz 的阻值置于 2 601.0 Ω 时，在接通 S2 前后，微安表的示数也 保持不变．待测微安表的内阻为________Ω(结果保留到个位)． (3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议： ____________________________________________________ ____________________________________________________.
序号 1 2 3 4 5 6
电阻箱读 20 15 10 5 2 1
数 R/Ω
电压表读 1.37 1.35 1.33 1.27 1.12 0.93
数 U/V
R1/Ω－1 0.05 0.067 0.1 0.2 0.5 1
U1 /V－1 0.73 0.74 0.75 0.79 0.89 1.08
④为了利用图像法处理数据，该小组的同学画出了 U R(如图 乙所示)和U1 R1(如图丙所示)坐标图，请你帮助该小组同学，利 用表格中的有关数据，在 U R 和U1 R1坐标图中描点、连线．
C．500 μA
D．1 mA
解析：(1)滑动变阻器 R1 的阻值较小，在分压电路中便于调节， 故实验中应选择滑动变阻器 R1. (2)实物图连线如图所示．
(3)电阻箱阻值为 0 时，电压表满偏电压 Ug＝2.5 V，电阻箱阻 值 R＝630.0 Ω 时，电压表的示数 UV＝2.00 V，此时电阻箱两 端的电压 UR＝Ug－UV＝0.5 V，根据串联电路电压与电阻成正 比可得UUVR＝RRg， 故 Rg＝UUVRR＝压表的满偏电流为 Ig，则 IgRg＝Ug， 故 Ig＝URgg＝225.520 A≈1 mA，选项 D 正确． 答案：(1)R1 (2)图见解析 (3)2 520 (4)D
图像和如图(b)所示的U1 R1图像．为了能根据图像较直观地求 出干电池的电动势和内阻，应该选择线性图像，所以比较合适 的是U1 R1图像．
根据电路原理图，由闭合电路欧姆定律得 E＝U＋URr，变换为U1
＝E1＋Er ·R1.对照图(b)可知，E1＝0.7 V－1，Er ＝1.11－.00.7 V－1·Ω＝
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为 630.0 Ω，若认为调节电
阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为
________Ω(结果保留到个位)．
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表
头的满刻度电流为________(填正确答案标号)．
A．100 μA
B．250 μA
(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线．
(2)完成下列填空： ①R1 的阻值为________Ω(选填“20”或“2 000”)． ②为了保护微安表，开始时将 R1 的滑片 C 滑到接近图(a)中滑 动变阻器的________端(选填“左”或“右”)对应的位置；将 R2 的滑片 D 置于中间位置附近． ③将电阻箱 Rz 的阻值置于 2 500.0 Ω，接通 S1.将 R1 的滑片置于 适当位置，再反复调节 R2 的滑片 D 的位置．最终使得接通 S2 前后，微安表的示数保持不变，这说明 S2 接通前 B 与 D 所在 位置的电势________(选填“相等”或“不相等”)．
0.4 V－1·Ω，解得 E＝1.43 V，r＝0.57 Ω.
[答案]
(1)④图见解析
(2)U1
1 R
(3)1.43
0.57
[巩固训练]
1.为了测量某待测电阻 Rx 的阻值(约为 30 Ω)，有以下一些器材 可供选择：
电流表 A1(量程 0～50 mA，内阻约 10 Ω) 电流表 A2(量程 0～3 A，内阻约 0.12 Ω) 电压表 V1(量程 0～3 V，内阻很大) 电压表 V2(量程 0～15 V，内阻很大) 电源 E(电动势约为 3 V，内阻约为 0.2 Ω) 定值电阻 R(20 Ω，允许最大电流 1.0 A) 滑动变阻器 R1(0～10 Ω，允许最大电流 2.0 A) 滑动变阻器 R2(0～1 kΩ，允许最大电流 0.5 A) 单刀单掷开关 S 一个，导线若干