高中物理选修3-1电路实验及答案

高中物理选修3-1电

路实验及答案

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线

1．如图甲所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图．

乙丙丁

甲

(1)为了通过测量得到如图甲所示I－U关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的是图________，简要说明理由：____________________________________________.

(电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100Ω)

(2)在如图丁所示的电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω.由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为______V；电阻R2的阻值为________Ω.

2．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：

小灯泡L，“3.8V,0.3A”

电压表V，量程0～5V，内阻5kΩ

电流表A1，量程0～100mA，内阻4Ω

电流表A2，量程0～500mA，内阻0.4Ω

滑动变阻器R1，最大阻值10Ω，额定电流1.0A

滑动变阻器R2，最大阻值5Ω，额定电流0.5A

直流电源E，电动势约为6V

开关S及导线若干

(1)在上述器材中，滑动变阻器应选________；电流表应选________．

(2)在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号．

(3)某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出如图所示的小灯泡的伏安特性曲线．根据此图给出的信息，可以判断下图中正确的是(图中P为小灯泡的功

率)()

3．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、

f、g和h按图所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表

和电流表已调零．闭合开关后：(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小电珠亮

度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是________

导线断路．

(2)某同学在实验中还测出a、b、c三种元件的伏安特性曲线分别如图中的(a)、(b)、(c)，下列说法正确的是()

A．a可以作为标准电阻使用

B．b能作为标准电阻使用

C．b的阻值随电压升高而增大

D．c的阻值随电压升高而增大

4．某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻R x的阻值．

(1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(0～50Ω，额定电流2A)、开关和导线若干，以及下列电表：

A ．电流表(0～3A ，内阻约0.025Ω)

B ．电流表(0～0.6A ，内阻约0.125Ω)

C ．电压表(0～3V ，内阻约3kΩ)

D ．电压表(0～15V ，内阻约15kΩ)

为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________(选填器材前的字母)；实验电路应采用图中的________(选填“甲”或“乙”)． (2)图是测量R x 的实验器材实物图，图中已连接了部分导线．请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线．

(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P 的位置，并记录对应的电流表示数I 、电压表示数U .某次电表示数如图所示，可得该电阻的测量值R x ＝U

I

＝________Ω(保留两位有效数字)．

(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是________；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________．(选填选项前的字母)

A ．电流表测量值小于流经R x 的电流值

B ．电流表测量值大于流经R x 的电流值

C ．电压表测量值小于R x 两端的电压值

D ．电压表测量值大于R x 两端的电压值

实验：测定金属的电阻率

5．在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻R x 约为5Ω，实验室备有下列实验器材： A ．电压表(量程0～3V ，内阻约为15kΩ) B ．电压表(量程0～15V ，内阻约为75kΩ)

C．电流表(量程0～3A，内阻约为0.2Ω)

D．电流表(量程0～0.6A，内阻约为1Ω)

E．变阻器R1(0～100Ω，0.6A)

F．变阻器R2(0～2000Ω，0.1A)

G．电池组E(电动势为3V)

H．开关S，导线若干

(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有________(填代号)．

(2)为减小实验误差，应选用图中________(选填“甲”或“乙”)为该实验的

电路原理图，并按所选择的电路原理图把图中的实物图用线连接起来．

(3)若用毫米刻度尺测得金属丝接入电路部分的长度为60.00cm，用螺旋测

微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图所示，则金属丝的直径为________mm，电阻值为________Ω.

6．在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校

准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm.

(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如

图所示，其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均

值)．

(2)用伏安法测金属丝的电阻R x.实验所用器材为：电池组(电动势3V，内阻约1Ω)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0～20Ω，额定电流2A)、开关、导线若干．

某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：

次数1234567

U/V0.100.300.70 1.00 1.50 1.70 2.30

I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520

x

(3)下图是测量R x的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端．请根据(2)所选的电路图，补充完成图13中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．

(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图14所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线．由图线得到金属丝的阻值R x＝________Ω(保留两位有效数字)．

(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)．

A ．1×10－

2Ω·m B ．1×10－

3Ω·m C ．1×10－

6Ω·m

D ．1×10－

8Ω·m

实验：测量电源的电动势和内电阻

7.用电流表和电压表测定电池的电动势E 和内阻r ，所用电路如图(a)所示，一位同学测得的六组数据如下表所示.

组别 1 2 3 4 5 6 电流I /A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 电压U /V

1.37

1.32

1.24

1.18

1.10

1.05

(1)试根据这些数据在图(b)中作出U －I 图线． (2)根据图线求出电池的电动势E ＝________V ，电池的内阻r ＝________Ω.

8.某研究性学习小组利用如图甲所示电路测量电池组的电动势E 和内阻r .根据实验数据绘出如图乙所示的R －1

I

图线，其中R 为电阻箱读数，I 为电流表读数，由此可以得到E ＝________，r ＝________.

9．某同学在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图甲所示．

(1)按图甲电路原理图将图乙实物连接起来；

甲乙

(2)该同学顺利完成实验，测出的数据如下表所示．请你根据这些数据帮他在图4中画出U－I图象，并由图得出电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.

I/A0.100.170.230.30

U/V 1.20 1.000.800.60

10．某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内电阻，使用的器材还包括定值电阻(R0＝5Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图(a)．

(1)在图(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接．

(2)请完成下列主要实验步骤：

①检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图(c)所示，读得电阻值是________；

②将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V；

③将开关S2________，电压表的示数是1.16V；断开开关S1.

(3)使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________(计算结果保留两位有效数字)．

实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线答案

1．答案(1)乙图乙加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压(2)5.2111.8

解析 (1)图乙的滑动变阻器用的是分压式接法，加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压，从而能够得到完整I －U 图线，故选图乙．

(2)通过R 1的电流为I 1＝U R 1＝9

250A ＝36mA ，通过热敏电阻的电流I 2＝I －I 1＝(70－36) mA ＝34mA ，由图甲

可知热敏电阻两端的电压为5.2V ，电阻R 2＝9－5.2

34×10－3Ω≈111.8Ω.

2．答案 (1)R 1 A 2 (2)电路图如解析图所示 (3)BD

解析 (1)本题滑动变阻器采用分压接法，通常应当选用最大阻值较小的滑动变阻器，但本题中如果选用R 2，则电路中的电流会超过R 2允许通过的最大电流，故滑动变阻器应当选择R 1.电流表A 1的量程太小，故电流表应当选择A 2.

(2)电路如右图所示，由于电压要从0开始测量，滑动变阻器用分压接法；因为灯泡的内阻比较小，电流表用外接法．

(3)随着通过小灯泡电压电流的增大，小灯泡消耗的功率增大，小灯泡的电阻也增大，由P ＝U 2

R 知B 图正确，由P ＝I 2R 知D 图正确．

3．答案 (1)g (2)AC

解析 (1)若调节滑动变阻器，小电珠的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是g 导线断路．

(2)因a 元件的I U 线是直线，说明电阻随电压的变化不变，故可作为标准电阻，故A 对，B 错．因I －U 线的斜率的倒数的变化表示电阻值的变化，故C 对，D 错，选A 、C. 4．答案 (1)B C 甲 (2)见解析 (3)5.2 (4)B D

解析 (1)为了减小误差，应使电表读数为量程的13～2

3，电源电

动势为4V ，故电压表选C.估算通过R x 的最大电流约为I m ＝3

5A

＝0.6A ，所以电流表应选B.因为R V R x ＞R x

R A ，所以电流表应外接，

即应采用甲电路，测量误差较小． (2)见右图

(3)电流表、电压表的读数分别为I ＝0.50A U ＝2.60V

所以R x ＝2.60

0.50

＝5.2Ω.

(4)甲电路中产生误差的主要原因是电压表的分流作用，选项B 正确．乙电路中产生误差的主要原因是电流表的分压作用，故选项D 正确．

实验：测定金属的电阻率答案

5．答案 (1)ADEGH (2)乙 实物图见解析 (3)0.635(0.635～0.639均正确) 2.4 解析 (1)由于电源的电动势为3V ，所以电压表应选A ；被测电阻约为5Ω，电路中的最大电流约为I ＝E R x ＝3

5A ＝0.6A ，电流表应选D ；根据

变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选E ；还要选用电池和开关，导线若干．故应选用的实验器材有ADEGH. (2)由于

R V R x ＞R x

R A

，应采用电流表外接法，应选图乙所示电路，实物连接如图所示．

(3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.635mm ，从电压表可以读

出电阻两端电压为1.20V ，从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50A ，被测电阻的阻值为R x ＝U x I x ＝1.20

0.50Ω

＝2.4Ω.

6．答案 (1)0.398(0.395～0.399均正确) (2)甲 (3)见解析图甲 (4)见解析图乙 4.4(4.3～4.7均正确) (5)C

解析 (1)螺旋测微器的读数为0mm ＋39.8×0.01mm ＝0.398mm.

(2)由实验记录的数据可知R x 的阻值大约为5Ω.由题知R x ?R V ，故电流表外接．若滑动变阻器接为限流的形式，则R x 两端的电压最小值U min ＝5

20＋5＋1＋0.1

E ≈0.6V ，而从实验数据可知R x 两端电压可为0.10V ，

因此滑动变阻器应采用分压的形式． (3)如甲图所示．

(4)选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图乙所示．

甲 乙

图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值R x ＝4.4Ω.

(5)根据R ＝ρl S 得金属丝的电阻率ρ＝RS l ＝πRd 24l ＝3.14×4.4×(0.398×10－

3)2

4×0.5Ω·m

≈1.09×10－

6Ω·m ，故选项C 正确．

实验：测量电源的电动势和内电阻答案

7.答案 (1)见解析图 (2)1.45 0.69

解析 本题考查用作图法处理实验数据的能力．作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太远的点应舍去，图线如图所示．由图线与纵轴的交点可得电动势E ＝1.45V ，再读出图线与横轴交点的坐标(1.00,0.65)，由E ＝U ＋Ir 得r ＝E －U

I

≈0.69Ω.

8.答案 2.9V 0.9Ω

解析 由欧姆定律有，E ＝I (R ＋r )，R ＝E

I

－r .

由此知图线的斜率为电动势E ，纵轴截距大小为内阻r . E ＝2－(－0.9)1.0

V ＝2.9V ，r ＝0.9Ω.

9．答案 (1)如图所示(2)1.48 3.0

10．答案 (1)如图所示 (2)①20Ω ③闭合 (3)0.69Ω

解析 (2)由题干图(c)读得电阻箱阻值为R ＝20Ω；将S 1闭合S 2断开，电压表示数为电源电动势E ＝1.49V ，将S 2再闭合，电压表示数为R 两端电压．将电压表视为理想电表，则干路电流I ＝U V R ＝1.16

20A ＝

0.058A.

(3)因为I ＝E R 0＋R ＋r ，所以r ＝E

I －R 0－R

＝???

?1.49

0.058－5－20Ω≈0.69Ω