广东地区高考物理一轮复习第9章恒定电流微专题51电学创新实验试题粤教版

51 电学创新实验[方法点拨] (1)结合闭合电路欧姆定律、串并联电路特点,去理解电路找出测量量与已知量间的关系．(2)熟练掌握基本实验的原理、实验方法等是解决创新实验的关键．1．用下列器材测量电容器的电容：一块多用电表,一台直流稳压电源,一个待测电容器(额定电压16 V),定值电阻R1(阻值未知),定值电阻R2＝150 Ω,电流传感器、数据采集器和计算机,单刀双掷开关S,导线若干．实验过程如下：实验次数实验步骤第1次①用多用电表“×10”挡测量电阻R1,指针偏转如图1甲所示.②将电阻R1等器材按照图乙正确连接电路,将开关S与1端连接,电源向电容器充电.③将开关S掷向2端,测得电流随时间变化的i－t曲线如图丙中的实线a所示.第2次④用电阻R2替换R1,重复上述实验步骤②③,测得电流随时间变化的i－t曲线如图丁中的某条虚线所示.说明：两次实验中电源输出的直流电压恒定且相同.图1请完成下列问题：(1)由图甲可知,电阻R1的测量值为________Ω.(2)第1次实验中,电阻R1两端的最大电压U＝________V．利用计算机软件测得i－t曲线和两坐标轴所围成的面积为42.3 mA·s,已知电容器放电时其内阻可以忽略不计,则电容器的电容为C＝________F.(3)第2次实验中,电流随时间变化的i－t曲线应该是图丁中的虚线________(选填“b”“c”或“d”),判断依据是______________________________________________________.2．材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”,利用这种效应可以测量压力大小．若图2甲为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线,其中R F、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值．为了测量压力F,需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值R F.请按要求完成下列实验．图2(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路,在图乙的虚线框内画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出,待测压力大小约为0.4×102～0.8×102N,不考虑压力对电路其它部分的影响),要求误差较小,提供的器材如下：A．压敏电阻,无压力时阻值R0＝6 000 ΩB．滑动变阻器R,全电阻约200 ΩC．电流表,量程2.5 mA,内阻约30 ΩD．电压表,量程3 V,内阻约3 kΩE．直流电源E,电动势3 V,内阻很小．F．开关S,导线若干(2)正确接线后,将压敏电阻置于待测压力下,通过压敏电阻的电流是 1.33 mA,电压表的示数如图丙所示,则电压表的读数为________V.(3)此时压敏电阻的阻值为________Ω；结合图甲可知待测压力的大小F＝________N．(计算结果均保留两位有效数字)3．实验室有一破损的双量程电压表,两量程分别是3 V和15 V,其内部电路如图3所示,因电压表的表头已烧坏,无法知道其电学特性,但两个精密电阻R1、R2完好,测得R1＝2.9 kΩ,R2＝14.9 kΩ.现有两个表头,外形都与原表头相同,已知表头的满偏电流为 1 mA,内阻为50 Ω；表头的满偏电流为0.5 mA,内阻为200 Ω；又有三个精密定值电阻r1＝100 Ω,r2＝150 Ω,r3＝200 Ω.若保留R1、R2的情况下,对电压表进行修复,根据所给条件回答下列问题：图3(1)原表头的满偏电流I＝________,内阻r＝______.(2)在虚线框中画出修复后双量程电压表的电路图(标识出所选用的相应器材符号)．图4(3)某学习小组利用修复的电压表,再加上可以使用的以下器材测量一未知电阻R x的阻值．电流表A,量程0～5 mA,内阻未知；最大阻值约为100 Ω的滑动变阻器；电源E,电动势约3 V；开关S、导线若干．由于不知道未知电阻的阻值范围,学习小组为精确测出未知电阻的阻值,选择合适的电路,请你帮助他们在图4中补充完整电路连接,正确连线后读得电压表示数为2.40 V,电流表示数为4.00 mA,则未知电阻阻值R x为________Ω.4．某同学利用满偏电流为500 μA的电流表、热敏电阻等制作电子温度计．(1)制作的实验过程中需要测出该电流表的内阻R g,所用的电路如图5,主要步骤是：①接通开关S1,调节变阻器R1,使指针偏转到满刻度；②保持R1不变,再接通开关S2,调节电阻箱R2,使指针偏转到满刻度的一半,读出此时R2的阻值为299.0 Ω,可认为R g＝R2.实验时,电路中的变阻器R1和电源有下列器材可供选择：图5A．变阻器(0～200 Ω) B．变阻器(0～20 kΩ)C．电源(1.5 V,内阻不计) D．电源(9 V,内阻不计)为了使测量R g尽量精确,R1应选__________,电源应选________．(填选项前的字母)图6(2)温度在0～300 ℃范围内,某热敏电阻的阻值R t随温度t(℃)的变化情况为R t＝200＋50t(Ω),把这个热敏电阻、标准定值电阻、电池、开关与电流表串联起来,电路如图6所示,图7电流表的表盘如图7所示．用该热敏电阻作探头,将表盘上的电流刻度值改成对应的温度值,制作成简单的电子温度计．已知电池的电动势E＝1.5 V,内阻r＝1.0 Ω,标准定值电阻的阻值R0＝2 500 Ω,根据(1)中测得的R g值和闭合电路欧姆定律,得出电流表表盘上500 μA 刻度处对应的温度刻度值是0 ℃,300 μA刻度处对应的温度刻度值是______℃.(3)由于用图5电路测定电流表的内阻R g在原理上存在一定的系统误差,因而制作的电子温度计在测量温度时,测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)．5．现有下列可供选用的器材及导线若干,要求尽可能精确地测量出待测电流表的满偏电流．A．待测电流表(满偏电流约为700 μA～800 μA,内阻约为100 Ω,已知表盘刻度均匀、总格数为N)B．电流表(量程为0.6 A,内阻为R A＝0.1 Ω)C ．电压表(量程为3 V,内阻为R V ＝3 kΩ)D ．滑动变阻器R (最大阻值为200 Ω)E ．电源E (电动势为3 V,内阻约为1.5 Ω)F ．开关S 一个(1)根据你的测量需要,“B.电流表”与“C.电压表”中应选择________．(只需填写电表前的字母序号)(2)某同学设计的实验电路图如下,你认为正确的是________．(3)某次测量中测得电流表的指针偏转了n 格,读出另一个电表的示数U (或I ),可算出满偏电流I Amax ＝________.(用题中所给符号表示)6.(1)甲同学用如图8所示电路测量未知电阻R x 的阻值,图中电源电动势未知,R 为电阻箱,他将电源内阻与电流表内阻忽略不计,分别读出电阻箱阻值为R 1和R 2时电流表的示数I 1和I 2,则R x 的测量值表达式为R x ＝________.图8(2)乙同学认为甲同学的测量没有考虑电源内阻和电流表内阻,误差较大,他在甲同学使用的电路基础上仅仅增加了一个电键S 2,然后进行实验；a ．先闭合电键S 2,再闭合电键S 1,多次调节电阻箱,读出电阻箱的阻值R 和对应电流表的示数I ,以1I为纵坐标,R 为横坐标作出图象,求得图线的斜率为k 1,纵轴截距为b 1；b ．断开电键S 2,保持电键S 1闭合,多次调节电阻箱,读出电阻箱的阻值R 和对应电流表的示数I ,以1I为纵坐标,R 为横坐标作出图象,求得图线的斜率为k 2,纵轴截距为b 2. 回答下列问题：①请你在虚线框中作出乙同学采用的电路图．②乙同学得出R x 测量值的表达式为R x ＝________.③两次测量得到图线斜率k 1________k 2(填“>”“<”或“＝”)．④电源电动势为________．7．某同学在进行扩大电流表量程的实验时,需要知道电流表的满偏电流和内阻,他设计了一个用标准电流表G 1来校对待测电流表G 2的满偏电流和测定G 2内阻的电路,如图9所示．已知G 1的量程略大于G 2的量程,图中R 1为滑动变阻器,R 2为电阻箱．该同学顺利完成了这个实验．图9(1)实验过程包含以下步骤,其合理的顺序依次为________________(填步骤的字母代号)．A ．合上开关S 2B ．分别将R 1和R 2的阻值调至最大C ．记下R 2的最终读数D ．反复调节R 1和R 2的阻值,使G 1的示数仍为I 1,使G 2的指针偏转到满刻度的一半,此时R 2的最终读数为rE ．合上开关S 1F ．调节R 1使G 2的指针偏转到满刻度,此时G 1的示数为I 1,记下此时G 1的示数(2)仅从实验设计原理上看,用上述方法得到的G 2内阻的测量值与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)．(3)若要将G2的量程扩大为I,并结合前述实验过程中测量的结果,写出在G2上并联的分流电阻R S的表达式,R S＝________.8．某同学要测量一个改装后的电压表V x的量程和内阻,实验过程如下：(1)先用多用电表粗测电压表的内阻和量程,实验中多用电表红表笔应与电压表的________(填“正”或“负”)接线柱相连；若已知多用电表内电源电动势为9 V,所用挡位为×1 k挡,调零后测量,指针位置如图10所示．此时电压表指针指在表盘的四分之三刻度处,则所测电压表内阻约为________,量程为________．图10(2)若电压表量程为(1)问中所测数值,则为了精确测量其内阻,现提供以下器材：待测电压表V x电流表A(量程0.6 A,内阻约为3 Ω)电压表V(量程10 V,内阻约为30 kΩ)定值电阻R0(阻值为10 kΩ)滑动变阻器R1(最大阻值为5 Ω,额定电流为1 A)滑动变阻器R2(最大阻值为100 Ω,额定电流为1 A)电源E(电动势为15 V,内阻约为1 Ω)开关和导线若干①为了较精确的测量电压表内阻,则测量电路应该选择如下电路中的________．②本实验中应选择的滑动变阻器为________．(填器材对应的符号)③根据测量电路和所选择器材,完成图11所示实物电路连接．图11④测电压表内阻的表达式R V＝________,其中各物理量的含义是_________________ ________________________________________________________________________.答案精析1．(1)100 (2)9 4.7×10－3 (3)c 根据i max ＝U R 2,因第2次实验的最大电流小些,故不是b ；根据Q ＝CU ,因两条曲线分别与坐标轴所围的面积应该相等,故不是d .解析 (1)电阻R 1的测量值等于多用电表指针示数与倍率的乘积,所以R 1＝100 Ω.(2)由题图丙可知,第1次实验,由i max ′＝U R 1＝90 mA,得电阻R 1两端电压最大值为9 V ；i －t 图线与坐标轴所围面积表示电容器放电的总电荷量,也等于电容器充电后所带的总电荷量,则电容C ＝Q U ＝42.3×10－39 F ＝4.7×10－3 F ．(3)第2次实验中电阻R 2>R 1,最大电流i max ＝U R 2,因第2次实验的最大电流小些,故不是b ；图线与坐标轴所围面积表示电容器充电后所带的总电荷量,所以两条曲线分别与坐标轴所围面积相等,故不是d ,而是c .2．(1)如图所示 (2)2.00 (3)1.5×10360解析 (1)根据题述对实验电路的要求,应该设计成滑动变阻器分压式接法,电流表内接电路．(2)根据电压表读数规则,电压表示数为2.00 V.(3)由欧姆定律,此时压敏电阻的阻值为R F ＝U I ≈1.5×103 Ω.无压力时,R 0＝6 000 Ω,有压力时,R 0R F＝4,由题图甲可知,对应的待测压力F ＝60 N.3．(1)1 mA 100 Ω (2)如图甲所示 (3)如图乙所示 750解析 (1)根据电路的串、并联有：I (r ＋R 1)＝3 V,I (r ＋R 2)＝15 V,联立解得r ＝100 Ω,I ＝1 mA.(3)在不知道待测电阻的阻值的情况下,我们只能用滑动变阻器的分压式接法．而电流表的示数为4.00 mA,电压表的内阻已知,所以应该用电流表的外接法测未知电阻．故待测电阻的阻值R x ＝ 2.404.00－0.80×103 Ω＝750 Ω. 4．(1)B D (2)40 (3)偏大解析 (1)电学中利用半偏法测电阻时,要求干路中滑动变阻器R 1值要大些,选用的电源的电动势稍大些能减小误差,所以为了尽量精确测量R g ,R 1应选B,电源应选D.(2)由闭合电路欧姆定律知E ＝I g (r ＋R 0＋R g ＋R t ),设电流表表盘上300 μA 刻度处对应温度刻度值是t ,则有300×10－6×(1.0＋2 500＋299.0＋200＋50t )＝1.5,解得t ＝40 ℃.(3)由于利用半偏法测电流表的内阻时电阻R g 测量值偏小(因为闭合S 2后实际电路中干路电流变大),根据I ＝Er ＋R 0＋R g ＋R t 知电流I 实际偏大,因而制作的电子温度计在测量温度时,测量值比真实值要偏大． 5．(1)C (2)B (3)NU nR V解析 (1)电压表量程3 V,内阻3 kΩ,满偏电流为I g ＝33 000A ＝1 mA ＝1 000 μA,与待测电流表类似,可以当作电流表使用,与待测电流表串联即可．(2)本实验采用滑动变阻器分压式连接,电压可以连续调节,B 项正确．(3)待测电流表总格数为N ,电流等于电压表电流为I ＝U R V ,电流表与电压表串联,通过它们的电流I 相等,指针偏转格数之比n ∶N ＝I ∶I Amax ,故I Amax ＝NI n ＝NU nR V,U 为电压表读数,R V 为电压表内阻． 6．(1)I 2R 2－I 1R 1I 1－I 2 (2)①如图所示 ②b 2k 2－b 1k 1 ③＝ ④1k 1(或1k 2) 解析 (1)电源电动势不变,忽略电源内阻与电流表内阻,则有E ＝I 1(R 1＋R x )＝I 2(R 2＋R x ),得R x ＝I 2R 2－I 1R 1I 1－I 2.(2)闭合S 2,将R x 短路,闭合S 1后,设电源和电流表总电阻为r ,由闭合电路欧姆定律得E ＝I (R ＋r ),1I ＝R E ＋r E ,k 1＝1E ,b 1＝r E ,得r ＝b 1k 1；断开S 2,将R x 接入电路,设R x 、电源内阻与电流表内阻之和为r ′,由闭合电路欧姆定律得E ＝I (R ＋r ′),1I ＝R E ＋r ′E,k 2＝1E ,b 2＝r ′E ,得r ′＝b 2k 2,R x ＝r ′－r ＝b 2k 2－b 1k 1.两次得到图线斜率k 1＝k 2.电源电动势E 为1k 1或1k 2.7．(1)BEFADC (2)相等 (3)I 1I －I 1r 解析 (1)先把各电阻调到最大值,再把标准电流表单独校准与电表串联得到最大电流值,再用半偏法测其内阻,由此得顺序为BEFADC.(2)电流达到半偏时,两并联电阻相等．(3)扩大量程要并联电阻分流,并联的电阻为：I 1I －I 1r . 8．(1)负 15 kΩ 6 V (2)①D ②R 2 ③如图所示④U x R 0U －U xU x 为待测电压表读数,U 为电压表读数,R 0为定值电阻 解析 (1)用多用电表的欧姆挡时内部电源被接通,且黑表笔接内部电源的正极,即电流从欧姆表的黑表笔流出,从电压表的正接线柱流入,则红表笔接电压表的负接线柱；由图可知,指针指在15处,且所用挡位为×1 k 挡,所以所测电压表内阻约为15 kΩ,多用电表半偏,其电阻为15 kΩ,由欧姆定律得34U ＝915＋15×15 V,解得U ＝6 V,所以量程为6 V ．(2)①A 项中通过待测电压表V x 电流为mA 级,此时电流表量程过大,偏转过小,不能读出读数,A 项错误；B 项中因为两电压表并联,读数相同,不能测量电压表内阻,B 项错误；C 项中通过待测电压表和定值电阻R 0的电流为mA 级,电流表量程过大,偏转过小,不能读出读数,C 项错误；为了多次测量,应选并联式接法,滑动变阻器与被测电路并联．待测电压表V x 与定值电阻R 0串联后再与电压表V 并联,D 项正确．②为了多次读数,滑动变阻器应取阻值较大的,即滑动变阻器应选R 2；④由欧姆定律得定值电阻R 0的分压U R ＝U －U x ,所以通过定值电阻R 0的电流I ＝U －U x R 0,待测电压表内阻的表达式R V ＝U x R 0U －U x ,其中U x 为待测电压表读数,U 为电压表读数,R 0为定值电阻．。