高考物理复习：电学中的设计性实验练习及答案
高中物理电学实验练习 (共20个实验有答案)
“小灯泡伏安特性”中的功率问题一、实验题1.做“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验时，已知所用小电珠的额定电压和额定功率分别为2.5V、1.2W，，实验可供选择的器材如下:a.电流表A1（量程0～0.6A，内阻约5Ω）b.电流表A2（量程0～3A，内阻约0.1Ω）c.电压表V1（量程0～3V，内阻约3kΩ）d.电压表V2（量程0～15V，内阻约2000Ω）e.滑动变阻器R1（阻值0～10Ω，额定电流1A）f.滑动变阻器R2（阻值0～5000Ω，额定电流500mA）g.直流电源的电动势为3.0V，内阻忽略不计h.开关k,导线若干①为了完成实验且尽可能减小实验误差，电流表应选择，电压表应选择，滑动变阻器应选择（填写实验器材前的序号）②请设计合理的电路来完成该实验，把电路图画在方框里。
③实验中，当电压表的示数为U 时，电流表的示数为I，则小电珠电阻的真实值U（填“大于”“等于＂或“小于＂）。
I④通过实验得到多组数据，做出小电珠的伏安特性曲线，如图所示。
如果取两个这样的小电珠并联以后再与一阻值为2.0Ω的定值电阻串联，接在电动势为3.0V、内阻忽略不计的直流电源两端，则每个小电珠消耗的实际功率为W 。
（结果保留两位小数）【答案】a c e 大于0.55（0.53—0.55）【解析】（1）灯泡额定电压是2.5V，电压表应选c；由表中实验数据可知，最大电流为0.49A，电流表选a；为方便实验操作，滑动变阻器应选e；（2）描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流要从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法；由表中实验数据可知，灯泡最大电阻约为3.7Ω，电压表内阻约为2kΩ，灯泡电阻阻值远小于电压表内阻，电流表应采用外接法，电路图如图所示：（3）由于电压表的分流作用，所以电流表的示数比流经灯泡的电流偏大，故根据欧姆定律R =U测量电阻偏小，即计算得到的小电珠的电阻值IU小于真实值；则小电珠电阻的真实值大于。
I（4）将定值电阻与电源等效为内阻为2.0Ω，电动势为3.0V 的电源，由闭合电路欧姆定律得：U＝3.0﹣2.0I，将路端电压与电流的关系图象作入图象中，如图所示：由图可知，U＝1.28V，I＝0.43A，所以灯泡的实际功率为：P =UI = 0.55W2.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，实验室提供了如下器材：A．小灯泡(3V，1．8W)B.电压表(量程3V，内阻约为20kΩ)C.电流表(量程0.6A，内阻约为0．2Ω)D．滑动变阻器(0～10Ω，2A)E.电源(电动势3V，内阻不计)F.开关及导线若干，坐标纸实验中要求小灯泡上的电压从零开始测量尽可能准确，调节测量多组对应的U、I 值。
高中物理电学实验练习题(含详解答案)
电学实验练习题例 1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻Rx（约 100 Ω）; 直流电流表（量程 0~10 mA、内阻 50 Ω）;直流电压表（量程 0~3 V、内阻 5 k Ω）; 直流电源（输出电压4 V、内阻不计）；滑动变阻器（0~15 Ω、允许最大电流1 A）；开关1 个，导线若干 .根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于R x＜RA R ，故电流表应采用外接法. 在控制电路中，若采v用变阻器的限流接法，当滑动变阻器阻值调至最大，通过负载的电流最小，I min=RER A Rx=24 mA＞10 mA,此时电流仍超过电流表的量程，故滑动变阻器必须采用分压接法. 如图10-5图所1示0-5. 例2、在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值Rx，现有如下器材：读数不准的电流表A、定值电阻R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关 S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。
⑴画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。
⑵写出主要的实验操作步骤。
【解析】⑴实验电路如右图所示（此法俗称”替代法”）。
⑵①将 S2 与 Rx相接，记下电流表指针所指位置。
②将S2 与R1 相接，保持 R2 不变，调节 R1 的阻值，使电流表的指针指在原位置上，记下R1 的值，则 Rx＝R1。
例3、用以下器材测量一待测电阻Rx 的阻值（900～1000Ω）：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻 r1＝750Ω；电压表 V2，量程为 5V，内阻 r2＝2500Ω；滑动变阻器R，最大阻值约为100Ω；）单刀单掷开关K，导线若干。
测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻Rx 的一种实验电路原理图。
【解析】如图所示(用已知内阻的电压表代替电流表)例4 用以下器材测量一待测电阻的阻值。
高三物理电学设计性实验
电学设计性实验要点一 测量电阻的特殊方法即学即用1.测电流表和电压表的内阻,如果有可以作为标准的已知电阻的电表,都可以使用比例法.请分别画出你设计的用比例法测它们内阻的电路图,并说明需要测量的物理量,写出用测量量表示电表内阻的公式.答案 电压表可显示电阻两端的电压值,电流表可显示电阻中通过的电流,所以测电流表内阻应把两电流表并联,测电压表内阻应把两电压表串联,电路图分别如下图甲、乙所示.测电流表内阻时,应调节滑动变阻器R 1,使两电流表的指针都有较大偏转,记录下两电流表的示数I 1和I 2,根据并联电路分流原理,若已知电流表A 1的内阻为r 1,则电流表A 2的内阻r 2=121r I I . 测电压表内阻时,应调节滑动变阻器R 2,使两电压表的指针都有较大偏转,记录下两电压表的示数U 1和U 2,根据串联电路分压原理,若已知电压表V 1的内阻r 1,则电压表V 2的内阻r 2=12U U r 1. 要点二 设计性电学实验即学即用2.现有一阻值R =10.0Ω的定值电阻、一个开关、若干根导线和一个电压表,该电压表表盘上有刻度但无刻度值,要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大,电压表量程大于电源电动势,电源内阻约为几欧）.要求:（1）画出实验电路图.（2）简要写出完成接线后的实验步骤.（3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式r = .答案 （1）电路图如右图所示（2）实验步骤为:①断开开关,记下电压表偏转格数N 1②合上开关,记下电压表偏转格数N 2③利用公式rR N N N 221-计算电源内阻,式中R =10.0Ω. （3）R N N N 221- 题型1 仪表的选择【例1】实验室中现有器材如右图所示有:电池E ,电动势约10 V ,内阻约1Ω;电流表A 1,量程约10 A ,内阻r 1约为0.2Ω;电流表A 2,量程300 mA ,内阻r 2约5Ω;电流表A 3,量程250 mA ,内阻r 3约5Ω;电阻箱R 1;最大阻值999.9Ω,最小阻值改变量为0.1Ω;滑动变阻器R 2,最大值100Ω;开关S ;导线若干.要求用下图所示的电路测量图中电流表A 的内阻.（1）在所给的三个电流表中,哪几个可以用此电路精确测出其内阻?（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象,在实物图上连成测量电路.（3）你要读出的物理量是 .用这些物理量表示待测内阻的计算公式是 .答案 该题要求根据电路图设想出实验原理.属于有一定提示的设计型实验.与我们学过的伏安法测电阻相比较,这里被测电阻是电流表的内阻,它能显示出通过自身的电流,因此只要知道其上的电压就行,但没有电压表,却有另一只电流表.根据电路图可以看出,图中表A 是被测表,则其上电压就是电阻箱上电压,利用两只电流表的读数差和电阻箱上显示的阻值可以求出该电压,这样就可以求出电流表的内阻.（1）电流表A 1不能精确测出其内阻,因这时图中的电流表A ′应为A 2、A 3中的一只,这使得电流表A 1中的电流不能超过300 mA ,其指针的偏转极其微小,误差很大.而A 2、A 3可用此电路精确测出其内阻.（2）若测r 3,实物连线如下图所示.（3）根据前面的分析,要读出的物理量是A 、A ′两电流表的示数I 、I ′和电阻箱的阻值R 1,待测内阻的计算公式是r 待=1R II I -'. 题型2 实物连线题【例2】为了测定电流表A 1的内阻,采用如图所示的电路.其中:A 1是待测电流表,量程为300μA ,内阻约为100Ω;A 2是标准电流表,量程是200μA ;R 1是电阻箱,阻值范围是0～999.9Ω;R 2是滑动变阻器;R 3是保护电阻;E 是电池组,电动势为4 V ,内阻不计;S 1是单刀单掷开关,S 2是单刀双掷开关.（1）根据电路上图所示,请在下图中画出连线,将器材连接成实验电路.（2）连接好电路,将开关S 2扳到接点a 处,接通开关S 1;调整滑动变阻器R 2,使电流表A 2的读数是150μA ;然后将开关S 2扳到接点b 处,保持R 2不变,调整变阻箱R 1,使电流表A 2的读数仍是150μA .若此时电阻箱各旋钮的位置如下图所示,电阻箱R 1的阻值是 Ω,则待测电流表A 1的内阻R g = Ω.（3）上述实验中,无论怎样调整滑动变阻器R 2的滑动位置,都要保证两只电流表的安全.在下面提供的四个电阻中,保护电阻R3应选用（）A.200 kΩB.20 kΩC.15 kΩD.150 kΩ（4）下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用.既要满足上述实验要求,又要调整方便,滑动变阻器（填写阻值相应的字母）是最佳选择.A.1 kΩB.5 kΩC.10 kΩD.25 kΩ答案（1）见下图（2）86.3 86.3 （3）B （4）C题型3 数据处理问题【例3】要描绘某电学元件（最大电流不超过6 mA,最大电压不超过7 V）的伏安特性曲线,设计电路如图所示.图中定值电阻R为1 kΩ,用于限流;电流表量程为10 mA,内阻约为5Ω;电压表（未画出）量程为10 V,内阻约为10 kΩ;电源电动势E为12 V,内阻不计.（1）实验时有两个滑动变阻器可供选择:a.阻值0～200Ω,额定电流0.3 Ab.阻值0～20Ω,额定电流0.5 A本实验应选用的滑动变阻器是（填“a”或“b”）.（2）正确接线后,测得数据如下表:①根据以上数据,电压表是并联在M与之间的（填“O”或“P”）.②根据以上数据,在下图中画出该元件的伏安特性曲线.（3）在下图上画出待测元件两端电压U MO随MN间电压U MN变化的示意图为（无需数值）.答案（1）a（2）①P ②见下图（3）见右图1.某同学使用了如下器材:电源E（电动势12 V）;电压表V（量程为15 V,内阻约15 kΩ）;电流表A（量程100 mA,内阻约10Ω）;滑动变阻器（最大电阻为50Ω）;单刀单掷开关;导线若干.测出了一个小灯泡的伏安特性曲线如图所示,已知小灯泡的额定电压为12 V.（1）请在下面的虚线方框中画出此实验电路.（2）根据设计的电路图在下图中连接实物图.（3）由小灯泡的伏安特性曲线可知小灯泡的额定功率为P额= W,小灯泡电阻的变化特性为 .答案（1）、（2）如下图所示（3）1.15（1.14～1.16）灯泡电阻随电压升高而增大（或随温度升高而增大;或电压越高时电阻增大越快）.2.（2009·大同质检）现有一特殊电池,它的电动势E约为9 V,内阻r约为40Ω,已知该电池允许输出的最大电流为50 mA.为了测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用如右图所示的电路进行实验,图中电流表的内阻R A已经测出,阻值为5Ω,R为电阻箱,阻值范围0～999.9Ω,R0为定值电阻,对电路起保护作用.（1）实验室备用的定值电阻R0有以下几种规格.A.10 ΩB.50ΩC.150 ΩD.500 Ω本实验选用哪一种规格的定值电阻最好 .（2）该同学接入符合要求的R0后,闭合开关K,调整电阻箱的阻值,读取电流表的示数,记录多组数据,作出了如下图所示的图线,则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势E= V,内阻r= Ω.答案（1）C （2）10 453.某实验小组在实验室中测定一节干电池的电动势和内阻,他们观察实验桌上备用的器材编号如下:A.干电池（电动势E约为1.5 V,内电阻r约为1.0Ω）B.电流表G（满偏电流3.0 mA,内阻R g=10Ω）C.电流表A（量程0～0.6 A,内阻约为0.5Ω）D.滑动变阻器R（0～20Ω,10 A）E.滑动变阻器R′（0～100Ω,1A）F.定值电阻R2=990ΩG.开关S和导线若干（1）为了能准确地进行测量,同时为了操作方便,实验中应选用的滑动变阻器是 .（填写器材编号）（2）请在虚线框内画出他们采用的实验原理图.（标注所选择的器材的符号）（3）该小组根据实验设计的原理图测得的数据如下表,为了采用图象法分析处理数据,请你在下图所示的坐标纸上选择合理的标度,做出相应的图线.（4）根据图线求出电源的电动势E= （保留三位有效数字）,电源的内阻r=（保留两位有效数字）.答案（1）D（2）如右图所示（3）如右图所示（4）1.47（1.46～1.48）0.82（0.80～0.90）1.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,使用的小灯泡标有“6 V,3 W”,其他可供选择的器材有:电压表V1（量程6 V,内阻20 kΩ）;电压表V2（量程20 V,内阻60 kΩ）;电流表A1（量程3 A,内阻0.2Ω）;电流表A2（量程0.6 A,内阻1Ω）;滑动变阻器R1（0～1 000Ω,0.5 A）;滑动变阻器R2（0～20Ω,2 A）;学生电源E（6～8 V）;开关S及导线若干.实验中要求电压表在0～6 V范围内读取并记录下11组不同的电压值U和对应的电流值I,见下表.（1）在下面方框中画出实验所用的电路图,并注明所选器材的符号.（2）在图中,画出伏安特性曲线.如果将本题中的小灯泡接在电动势E=1.5 V,内阻r=2.0Ω的电池的两端,则小灯泡的实际功率是多少?（3）该实验画出的伏安特性曲线在电压较高段和电压较低段相比,哪段的系统误差较大?为什么?答案（1）电路图如下图所示.（2）伏安特性曲线如下图所示0.28 W（3）电压较高时,灯泡消耗的功率较大,灯丝温度高,其电阻大,由于是外接法,故这时电压表的分流较大,所以电流的测量值偏大,故系统误差较大.2.学习了“欧姆定律”以及电路的知识后,李阳同学要帮妈妈制作一个自动控温孵化器,他到电子商城买了一只标称值为220Ω的半导体热敏电阻,由于不知道该电阻的温度特性,为此,他做了如下实验.（1）在室温下（约25℃）他正确使用多用表的欧姆挡测该热敏电阻的阻值,表的示数如右图所示,可判定李阳同学测量时选用的是挡,表的读数是Ω.（2）李阳同学要通过改变热敏电阻的温度并用伏安法测热敏电阻的阻值来研究热敏电阻的温度特性,他准备了如下器材:蓄电池（电动势为6 V,内阻不计）及电键伏特表（量程为0～6 V,内阻很大）安培表（量程为0～20 mA,内阻R g=10Ω）定值电阻R0（R0=5Ω）下列图中给出四个电路,其中李阳应该选择的是 .（3）李阳同学得到的实验数据如下表请你根据这些数据在下图所示的坐标纸上画出这个热敏电阻的电阻值随温度变化的关系图象（R—t图象）. （4）下图是李阳同学利用这个热敏电阻制成的孵化器温度控制电路,其中控制电路的输入端A、B内接电路可等效为一个电动势为2.0 V,内阻为100Ω的电源,当通过热敏电阻R的电流大于等于2.0 mA时,控制电路动作,输出端的开关断开,加热器停止加热.孵化小鸡时,要求孵化箱恒温在39.5℃,为此,李阳将孵化箱的最高温度设定为40℃;为使恒温箱能在40℃时控制电路动作,定值电阻R0的阻值应为Ω.答案（1）×10 260 （2）D（3）R—t图象如右图所示.（4）7553.如果某研究性学习小组在研究某种用半导体材料做的用电器件Z的导电规律时,用电压表、电流表测得其两端电压与通过其中的电流的关系如下表所示:所用的器材规格:电压表（0～3～15 V,内阻30 kΩ）电流表（0～0.6～3 A,内阻4Ω）滑动变阻器（变化范围0～10Ω）电源（6 V,内阻1Ω）用电器件Z电键;导线若干（1）在下图乙方框中画出测量电路原理图,并将下图甲中的实物连成测量电路.（2）若把用电器件Z接入图丙所示的电路中,电流表的读数为1.8 A,电源输出电压恒为3 V,电阻R的电功率为W.（3）请分析表中的数据,探究该用电器件Z的电流随电压变化的规律是什么?答案（1）见下图（2）3.24（3）观察实验数据,猜想电流随电压变化的规律是I=kU n任选两组数据可列出0.8=k·0.8n1.25=k·1n解得n =2,k =1.25 A/V 2也可代入其他组数据,在误差范围内,则I =1.25U 2.4.影响材料电阻率的因素很多,一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大.如图甲是某金属材料制成的电阻R 随摄氏温度t 变化的图象,图中R 0表示0℃时的电阻.若用该电阻与电池（E 、r ）、电流表R g 、滑动变阻器R ′串联起来,连接成如图乙所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”,使用“金属电阻温度计”前,先要把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值,若温度t 1<t 2,则t 1的刻度应在t 2的 侧（填“左”、“右”）;在标识“金属电阻温度计”的温度刻度时,需要弄清所测温度和电流的对应关系.请用E 、R 0、k （R —t 图线斜率）及题中所涉及的物理量表示所测温度t 与电流I 的关系式t = .答案 右 k r R R R k ⅠE g +'++-0 5.（1）由绝缘介质隔开的两个同轴的金属圆筒构成圆柱形电容器.如图所示,试根据你学到的有关平行板电容器电容的知识,推测影响圆柱形电容器电容的因素有 .（2）利用伏安法测量干电池的电动势和内阻,现有的器材为:干电池:电动势约1.5 V ,符号电压表:量程1 V ,内阻998.3Ω,符号电流表:量程为1 A ,符号滑动变阻器:最大阻值10Ω,符号电阻箱:最大阻值99 999.9Ω,符号单刀单掷开关1个,符号导线若干①设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内.要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负.②为了满足本实验要求并保证实验的精确度,电压表量程应扩大为原量程的 倍,电阻箱的阻值应为 Ω.答案 （1）H 、R 1、R 2、ε（正对面积、板间距离、极板间的介质）（2）①见右图②2 998.36.某同学对黑箱（图所示）中的一个电学元件的伏安特性进行研究,通过正确测量,他发现该元件两端的电压U ab （U ab =U a -U b ）与流过它的电流I 之间的变化关系有如下规律:①当-15 V <U ab <0 V 时,I 近似为零.②当U ab ≥0时.U ab 和I 的实验数据见下表:（1）在图下中画出U ab ≥0时该元件的伏安特性曲线.（可用铅笔作图）（2）根据上述实验事实,该元件具有的特性是 . （3）若将此黑箱接入如右图电路中,并在该电路的cd 两端输入如下图（甲）所示的方 波电压信号U cd ,请在图下（乙）中定性画出负载电阻R L 上的电压信号U ef 的波形.答案 （1）如下图所示（2）单向导电性（3）如下图所示7.甲同学设计了如图所示的电路测电源电动势E 及电阻R 1和R 2的阻值.实验器材有:待测电源E （不计内阻）,待测电阻R 1,待测电阻R 2,电压表 （量程为1.5 V ,内阻很大）,电阻箱R （0～99.99Ω）,单刀单掷开关S 1,单刀双掷开关S 2,导线若干.（1）先测电阻R 1的阻值.请将甲同学的操作补充完整:闭合S 1,将S 2切换到a ,调节电阻箱,读出其示数r 和对应的电压表示数U 1,保持电阻箱示数不变, ,读出电压表的示数U 2.则电阻R 1的表达式为R 1= .（2）甲同学已经测得电阻R 1=4.8Ω,继续测电源电动势E 和电阻R 2的阻值.该同学的做法是:闭合S 1,将S 2切换到a ,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R 和对应的电压表示数U ,由测得的数据,绘出了如下图所示的RU 11-图线,则电源电动势E = V ,电阻R 2= Ω. （3）利用甲同学设计的电路和测得的电阻R 1,乙同学测电源电动势E 和电阻R 2的阻值的做法是:闭合S 1,将S 2切换到b ,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R 和对应的电压表示数U ,由测得的数据,绘出了相应的111R R U +-图线,根据图线得到电源电动势E 和电阻R 2.这种做法与甲同学的做法比较,由于电压表测得的数据范围 （选填“较大”、“较小”或“相同”）,所以 同学的做法更恰当些. 答案 （1）将S 2切换到br U U U 112- （2）1.43（或710） 1.2（3）较小 甲8.现要按图1所示的电路测量一节旧干电池的电动势E （约1.5 V ）和内阻r （约20Ω），可供选择的器材如下：电流表A 1、A 2（量程0～500μA ，内阻约为500Ω），滑动变阻器R （阻值0～100Ω，额定电流1.0 A ），定图1值电阻R 1（阻值约为100Ω），电阻箱R 2、R 3（阻值0～999.9Ω），开关、导线若干.由于现有电流表量程偏小，不能满足实验要求，为此，先将电流表改装（扩大量程），然后再按图1电路进行测量.（1）测量电流表A 2的内阻.按图2电路测量A 2的内阻，以下给出了实验中必要的操作.A .断开S 1B .闭合S 1、S 2C .按图2连接线路，将滑动变阻器R 的滑片调至最左端，R 2调至最大D .调节R 2，使A 1的示数为I 1，记录R 2的值E .断开S 2，闭合S 3F .调节滑动变阻器R ，使A 1、A 2的指针偏转适中，记录A 1的示数I 1 请按合理顺序排列实验步骤（填序号）： . （2）将电流表A 2（较小量程）改装成电流表A （较大量程），如果（1）中测出A 2的内阻为468.0Ω，现用R 2将A 2改装成量程为20 mA 的电流表A ，应把R 2调为 Ω与A 2并联，改装后电流表A 的内阻R A 为 Ω.（3）利用电流表A 、电阻箱R 3测电池的电动势和内阻.用电流表A 、电阻箱R 3及开关S 按图1所示电路测电池的电动势和内阻，实验时，改变R 3的值，记录下电流表A的示数I .得到若干组R 3、I 的数据，然后通过作出有关物理量的线性图象，求得电池电动势E 和内阻r . a .请写出与你所作线性图象对应的函数关系式 .b .请在图3虚线框内坐标中作出定性图象.（要求标明两个坐标轴所代表的物理量，用符号表示）c .图中 表示E .图中 表示r .答案 （1）CBFEDA（2）12 11.7（3）a .R 3+R A =E r Ⅰ1 b.如右图所示c .直线的斜率 纵轴截距的绝对值与R A 的差9.为了测量两节串联干电池的电动势,某同学设计了如图所示的实验电路,其中E 是待测电池组,内阻不能忽略;V 1、V 2是两只量程都合适的电压表,内阻不是很大,且未知;S 1、S 2是单刀单掷开关;导线若干.图2图3（1）请根据电路图甲,在图乙中连线,将器材连成实验电路.（2）实验需要测量的物理量是 .（3）用测出的物理量,导出串联电池组电动势的表达式是 . 答案 （1）如下图所示 （2）闭合S 1,V 1的读数U 1,V 2的读数U 2.再闭合S 2,V 1的读数U 1′.（3）E =1121U U U U -''10.（2008·九江质检）图1所示是“用伏安法测量电阻”的实验电路图,只是电压表未接入电 路中.图2是相应的实验器材,其中待测量的未知电阻R x 的阻值约为1 k Ω,电流表量程20 mA 、 内阻小于1Ω,电压表量程15 V 、内阻约1.5 k Ω,电源输出电压约12 V .滑动变阻器（甲） 的最大阻值为200Ω,乙的最大阻值为20Ω.（1）在图1的电路图中把电压表接到正确位置.（2）根据图1的电路图将图2的实物连成实验电路.（3）说明本实验电路中两个滑动变阻器所起的作用有何不同?答案 （1）如右图所示（2）如下图所示（3）滑动变阻器甲为粗调,滑动变阻器乙为细调.图1 图2。
高考物理一轮复习：专题七 电学设计性实验优质课件
（3）便于操作：选滑动变阻器时，要考虑其允许通过的 最大电流和其电压调节范围，又要操作方便. （4）实验的实际要求
试试身手
例题:有一个电阻Rx,其阻值大约为10Ω,要测量其阻值.请选择适 当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下：
电源E（电动势为4.5V,内阻不计） 电压表V1（量程为5V，内阻为10KΩ） 电压表V2（量程为3V，内阻为6KΩ） 电流表A1（量程为300mA，内阻为4Ω） 电流表A2（量程为500mA，内阻为2Ω） 滑动变阻器R1 （最大阻值20Ω,额定电流1.5A) 滑动变阻器R2 （最大阻值500Ω,额定电流0.5A ） 开关和若干导线
(2)倍率比较法：
当 RV R
R
RA
即 R
RV RA 时, 既可选择电流表“内接
法”也可选择“外接法”．
当 RV R
R RA
即 R
当 RV R 即 R
R RA
RV RA 时，采用电流表外接法; RV RA 时，采用电流表内接法．
(3)试触法:
a
A
b
Ｓ
V
u 与 I 比较大小 uI 若 u 大 则选择电压表分流的外接法
变化1:有一小灯泡(4.5V 2W), 要描绘其伏安特性图线.请选择适 当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下：
电源E（电动势为4.5V,内阻不计） 电压表V1（量程为5V，内阻为10KΩ） 电压表V2（量程为3V，内阻为6KΩ） 电流表A1（量程为300mA，内阻为4Ω） 电流表A2（量程为500mA，内阻为2Ω） 滑动变阻器R1（最大阻值20Ω,额定电流1.5A) 滑动变阻器R2 （最大阻值500Ω,额定电流0.5A ） 开关和若干导线
高中物理电学实验习题大全(含答案)
②用多用电表电压档测量L电压时，红表笔应接图1中的_________点．（填“a”或“b”）
③正确连线后，闭合开关，发现不论怎么调节滑动变阻器的滑片，多用电表指针均不偏转．将两表笔改接到图1电路的a、c两点，电表指针仍不偏转；改接a、d两点时，电表指针偏转如图2所示，其示数为V；可判定故障为d、c间电路（填“断路”或“短路”）．
5.某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻。
①分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图(a)和如图(b)所示，长度为________cm，直径为________mm。
②按如图(c)连接电路后，实验操作如下：
(a)将滑动变阻器R1的阻值置于最________处(填“大”或“小”)；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0；
②请将左下图的实物图连接成实验所需的电路，并使变阻器接入电路的阻值有比较恰当的值：
③某同学在实验中读取了如下表的实验数据，且在右上图I—U坐标图中标出了相应的数据点。请你在此坐标图中帮该同学标出纵坐标的标度；画出其伏安特性曲线；求出小电珠两端电压为3.5V时，其阻值R=＿＿＿＿Ω（取两位有效数字）。
（2）要测量小电珠两端的电压，则要将选择开关置于直流电压档，闭合开关．
（3）为了测量小电珠的电流，应将选择开关置于直流电流档，闭合开关S1，断开开关S2，然后将红、黑表笔分别接S2的（选填“左、右接线柱”、“右、左接线柱”）．
2．34（2）将“小电珠L、滑动变阻器、多用电表、电流表、直流稳压电源、开关和导线若干”连成如图1所示的电路，进行“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验．
②实验中，某同学的实物接线如图所示，请指出该实物接线中的两处明显错误。
高中物理电学实验练习题-(含详解答案)
图10-5 电学实验练习题例1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻R x （约100 Ω）;直流电流表（量程0~10 mA 、内阻50 Ω）;直流电压表（量程0~3 V 、内阻5 kΩ）;直流电源（输出电压4 V 、内阻不计）；滑动变阻器（0~15 Ω、允许最大电流1 A ）；开关1个，导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于R x ＜v A R R ，故电流表应采用外接法.在控制电路中，若采用变阻器的限流接法，当滑动变阻器阻值调至最大，通过负载的电流最小，I min =xA R R R E ++. 例2、在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值R x ，现有如下器材：读数不准的电流表A 、定值电阻R 0、电阻箱R 1、滑动变阻器R 2、单刀单掷开关S 1、单刀双掷开关S 2、电源和导线。
⑴画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。
⑵写出主要的实验操作步骤。
【解析】⑴实验电路如右图所示（此法俗称”替代法”）。
⑵①将S 2与R x 相接，记下电流表指针所指位置。
②将S 2与R 1相接，保持R 2不变，调节R 1的阻值，使电流表的指针指在原位置上，记下R 1的值，则R x ＝R 1。
例3、用以下器材测量一待测电阻R x 的阻值（900～1000Ω）：电源E ，具有一定内阻，电动势约为；电压表V 1，量程为，内阻r 1＝750Ω；电压表V 2，量程为5V ，内阻r 2＝2500Ω；滑动变阻器R ，最大阻值约为100Ω；）单刀单掷开关K ，导线若干。
测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻R x 的一种实验电路原理图。
【解析】如图所示(用已知内阻的电压表代替电流表)例4用以下器材测量一待测电阻的阻值。
器材（代号）与规格如下：电流表A 1（量程250mA ,内阻r 1为5Ω)；标准电流表A 2（量程300mA ,内阻r 2约为5Ω）； 待测电阻R 1（阻值约为100Ω）；滑动变阻器R 2（最大阻值10Ω）；电源E （电动势约为10V ，内阻r 约为1Ω）；单刀单掷开关S ，导线若干。
高三物理第二轮复习电学设计性实验专题训练
电学设计性实验专题训练整理于2019－5-181、小明同学想要描绘标有“4、0V 0、4A"的小灯泡Ｄ的伏安特性曲线,老师要求尽量精准的测量,并完整绘制小灯泡的伏安特性曲线,为小明提供的可选用的实验器材除了电源、开关、导线若干外,还有如下器材可供选择:电压表Ｖ1(量程０～５Ｖ,内阻等于4ｋΩ);电压表V2(量程0～15V,内阻等于16kΩ)电流表A1(量程0~2５0mA,内阻等于10Ω)电流表A2(量程0~3A,内阻等于０、２Ω)滑动变阻器Ｒ1(0~１5Ω,额定电流２A)滑动变阻器R2(0～１5kΩ,额定电流0。
5A)定值电阻Ｒ３(阻值等于1Ω)定值电阻Ｒ4(阻值等于10Ω)定值电阻R5(阻值等于１Ω)(１)小明依照实验要求,他选择电压表＿＿___＿_和滑动变阻器__＿__＿__＿才能特别好地完成实验(填所给仪器的字母代码)、(2)请帮助小明同学在图所示虚线框中画出实验电路图,并标注相关仪器的符号＿_＿___。
(3)小明同学在您的帮助下描绘出的Ｉ－Ｕ图像应是下图中的＿＿_＿___,由此可得出结论,小灯泡的电阻随温度的升高而____＿___＿____(填“减小"或“增大”)。
2、实际的二极管正向电阻并不为零,反向电阻也不是无穷大,一兴趣小组同学对某型号二极管,作了如下研究:(1)用多用电表的欧姆档粗测二极管的正向电阻。
①测量时选择开关旋到测电阻的“×10”倍率,多用电表的表盘如图所示,则电阻为_____＿_＿＿___Ω;②多用电表的红表笔应与二极管的__＿＿_____极相连(选填“正”或“负”)(2)用电压表和电流表描绘该二极管加正向０~１、５V电压时的伏安特性曲线,可供选择的器材如下: 电压表V1(量程1、5V,内阻约２019Ω)电压表Ｖ2(量程６Ｖ,内阻约4０0０Ω)电流表Ａ１(量程0、6A,内阻约1０Ω)电流表A2(量程4０mA,内阻约0。
1Ω)滑动变阻器R1(总电阻约为10Ω)滑动变阻器R2(总电阻约为1０0Ω)电源Ｅ(电动势２V,内阻不计)电键S,导线若干①为调节方便,并有尽估计高的精度,请选择合适的器材,电压表___＿_____＿_、电流表＿_________、滑动变阻器＿__＿__＿___＿_＿;(填写所选器材的符号);学－科网②在虚线方框中画出实验电路原理图;__＿_＿__③该二极管加正向电压的伏安特性曲线如图所示,现将阻值为5０Ω的定值电阻与该二极管串联,并与一电动势为2V,内阻不计的电源组成闭合电路,二极管上的电压为正向电压,则回路中的电流强度为＿_______mＡ。
高中物理电学实验练习题含详解答案
图电学实验练习题例1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻R x 约100 Ω;直流电流表量程0~10 mA 、内阻50 Ω;直流电压表量程0~3 V 、内阻5 kΩ;直流电源输出电压4 V 、内阻不计；滑动变阻器0~15 Ω、允许最大电流1 A ；开关1个,导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.解析用伏安法测量电阻有两种连接方式,即电流表的内接法和外接法,由于R x ＜v A R R ,故电流表应采用外接法.在控制电路中,若采用变阻器的限流接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小,I min =xA R R R E++=24 mA ＞10 mA,此时电流仍超过电流表的量程,故滑动变阻器必须采用分压接法.如图10-5所示.例2、在某校开展的科技活动中,为了要测出一个未知电阻的阻值R x,现有如下器材：读数不准的电流表A 、定值电阻R 0、电阻箱R 1、滑动变阻器R 2、单刀单掷开关S 1、单刀双掷开关S 2、电源和导线;⑴画出实验电路图,并在图上标出你所选用器材的代码; ⑵写出主要的实验操作步骤;解析⑴实验电路如右图所示此法俗称”替代法”;⑵①将S 2与R x 相接,记下电流表指针所指位置;②将S 2与R 1相接,保持R 2不变,调节R 1的阻值,使电流表的指针指在原位置上,记下R 1的值,则R x ＝R 1; 例3、用以下器材测量一待测电阻R x 的阻值900～1000Ω：电源E ,具有一定内阻,电动势约为；电压表V 1,量程为,内阻r 1＝750Ω； 电压表V 2,量程为5V,内阻r 2＝2500Ω；滑动变阻器R ,最大阻值约为100Ω； 单刀单掷开关K,导线若干;测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3,试画出测量电阻R x 的一种实验电路原理图; 解析如图所示 用已知内阻的电压表代替电流表例4用以下器材测量一待测电阻的阻值;器材代号与规格如下：电流表A 1量程250mA,内阻r 1为5Ω；标准电流表A 2量程300mA,内阻r 2约为5Ω； 待测电阻R 1阻值约为100Ω；滑动变阻器R 2最大阻值10Ω； 电源E 电动势约为10V,内阻r 约为1Ω；单刀单掷开关S,导线若干;⑴要求方法简捷,并能测多组数据,画出实验电路原理图并标明每个器材的代号.⑵需要直接测量的物理量是______,用测的量表示待测电阻R 1的计算公式是R 1＝______; 解析⑴实验电路图如图所示用已知内阻的电流表代替电压表; ⑵两电流表A 1、 A 2的读数为I 1、I 2和电流表A 1的内阻为r 1,待测电阻R 1的阻值的计算公式是：11211r I I I R -=例5有一电阻R x ,其阻值在100～200Ω之间,额定功率为;要用伏安法较准确地测量它的阻值,实验器材有：安培表A 1,量程为50mA,R A 1=100Ω,安培表A 2,量程为1A,R A 2=20Ω 电压表V 1,量程为5V,R V 1=10kΩ,电压表V 2,量程为15V, R V 2=30kΩ 变阻器R 1,变阻范围0～20Ω ,2A,变阻器R 2,变阻范围0～1000Ω,1A,9V 电源,电键,导线; ⑴实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是： ; ⑵画出所用实验电路图;解析⑴允许通过电阻中电流可能的最大值由：R I P 2=得,mA I mA I 503521==;因为电阻可能为200Ω,所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35mA,应用电流表的示数来控制通过电阻的电流,因此,电流表应选A 1;又因为RU P 2=,所以V U V U 1.7521== ;因为电阻可能为100Ω,所以允许加在电阻两端的电压的最大值可能是5V,应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压,因此电压表应选V 1;因为R 1＜ R 2,且2A ＞35mA, 所以应选变阻器R 1;因为R 1＜R x 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路;因为x R <V A R R , 所以应选用外接电路;⑵实验所用电路如图所示例62000年全国从下表中选出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表A 1的内阻r 1,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据; ⑴在虚线方框中画出电路图,标明所用器材的代号;器材代号 规 格 电流表A 1 量程10mA,内阻r 1待测约40Ω 电流表A 2 量程500μA,内阻r 2=750Ω 电压表V 量程10V,内阻r 3=10Ω 电阻R 1 阻值约100Ω,作保护电阻用 滑动变阻器R 总阻值约50Ω电池E 电动势,内阻很小 导线若干,电键K⑵若选测量数据中的一组来计算r 1,则所用的表达式为r 1=____,式中各符号的意义是_______;解析⑴如图所示用已知内阻的电流表代替电压表;⑵2121r I I r =,I 1表示通过电流表A 1的电流,I 2表示通过电流表A 2的电流,r 2表示电流表A 2的内阻; 例72006年全国Ⅰ、Ⅲ现要测量某一电压表 的内阻;给定的器材有：待测电压表 量程2V,内阻约4k Ω；电流表 量程,内阻约500Ω；直流电源E 电动势约,内阻不计；固定电阻3个：R 1=4000Ω,R 2=10000Ω,R 3=15000Ω；电键S 及导线若干;要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半;⑴试从3个固定电阻中选用1个,与其它器材一起组成测量电路,并在虚线框内画出测量电路的原理图;要求电路中各器材用题中给定的符号标出;⑵电路接通后,若电压表读数为U ,电流表读数为I ,则电压表内阻R V =_________;解析⑴若直接将电压表与毫安表串联,因毫安表的量程过大即两电表量程不匹配,故应将电压表与一定值电阻并联;实验电路如图所示,若选用电阻R 1,则并联电阻并R ＝2000Ω,电压表读数U ＝mAR Er 并+·R 并＝50020004.2+×2000＝＞1V,电流表读数I ＝mA＋r R E 并＝50020004.2+＝0.00096A ＝＞,R 1符合要求,同理可得R 2、R 3不符合要求,故选R 1;⑵电路接通后,通过R 1的电流I 1＝1R U ,则通过电压表的电流为I 2＝I －I 1＝I －1R U ,所以电压表的内阻R V ＝2I U＝11RU R I U－ 例82006年全国Ⅱ现要测定一个额定电压4V 、额定功率的小灯泡图中用错误!表示的伏安特性曲线;要求所测电压范围为～4V;现有器材：直流电源E 电动势,内阻不计,电压表 量程,内阻约为4×104Ω,电流表量程250mA,内阻约为2Ω,电流表 量程500mA,内阻约为1Ω,滑动变阻器R 最大阻值约为30Ω,电键S,导线若干;如果既要满足测量要求,又要测量误差较小,应该选用的电流表是 ,下面两个电路应该选用的是 ;V V mA R SEV mAVA 2A解析在测量小灯泡的伏安曲线时,由于题目要求电压范围为～4V,因此滑动变阻器采用分压式接法;根据估算通过小灯泡的额定电流为I =0.4A,因此电流表应该选用 ;在伏安法测量过程中,由于临界电阻Ω==200V A R R R 大于小灯泡电阻,因此应该选择电流表外接法即选择甲电路进行测量;例9、用右图所示的电路,测定一节干电池的电动势和内阻;电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻R 0起保护作用;除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有： （a ） 电流表量程0.6A 、3A ； （b ） 电压表量程3V 、15V（c ） 定值电阻阻值1Ω、额定功率5W （d ） 定值电阻阻值10Ω,额定功率10W（e ） 滑动变阻器阴值范围0--10Ω、额定电流2A （f ） 滑动变阻器阻值范围0-100Ω、额定电流1A,那么1要正确完成实验,电压表的量程应选择 V,电流表的量程应选择 A ； R 0应选择 Ω的定值电阻,R 应选择阻值范围是 Ω的滑动变阻器; （2）引起该实验系统误差的主要原因是 ;13,,1,0～10;2由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小; 解析：由于电源是一节干电池,所选量程为3V 的电压表；估算电流时,考虑到干电池的内阻一般几Ω左右,加上保护电阻,最大电流在0.5A 左右,所以选量程为0.6A 的电流表；由于电池内阻很小,所以保护电阻不宜太大,否则会使得电流表、电压表取值范围小,造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了,取0～10Ω能很好地控制电路中的电流和电压,若取0～100Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象;系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的,一般具有倾向性,总是偏大或者偏小;本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小,造成E 测<E 真,r 测<r 真; 例10、某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻,实验室中有如下器材： A ．待测干电池 B ．电流表G0~3mA,内电阻r 1=20Ω C ．电流表A0~0.6A,内电阻r 2= D ．滑动变阻器甲最大阻值10ΩE ．滑动变阻器乙最大阻值100ΩF ．定值电阻R 1=100ΩG ．定值电阻R 2=500ΩH ．定值电阻R 3=Ω 开关、导线;由于没有电压表,为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量;①为了方便并能较准确测量,滑动变阻器应选 ,定值电阻应选用 ;填写定值电阻前的序号②若某次测量中电流表G 的示数为I 1,电流表A 的示数为I 2；改变滑动变阻器的位置后,电流表G 的示数为I 1′,电流表A 的示数为I 2′;则可知此电源的内电阻测量值为r = ,电动势测量值为E= ;A 2解析 干电池的电动势和内阻的测量,一般需要电流表和电压表;由于题中没有电压表,故需要将电流表G 改装为电压表,且改装后电压表的量程应该达到,则总电阻为1.55003VmA=Ω,故定值电阻应选用的序号为G 的电阻,而滑动变阻器应选用阻值较小的D ；②在两次测量过程中,通过电源的电流是两只电表的电流之和,则根据全电路欧姆定律有12112()()E I R r I I r =+++,1212()()E I R r I I r '''=+++解之,得()11211212I I r R r I I I I '-=+''+--, ()2112211212I I I I E R r I I I I ''-=+''+-- 例11某研究性学习小组为了制作一种传感器,需要选用一电器元件;图为该电器元件的伏安特性曲线,有同学对其提出质疑,先需进一步验证该伏安特性 曲线,实验室备有下列器材： 器材代号 规格 电流表A 1 电流表A 2 电压表V 1 电压表V 2 滑动变阻器R 1 滑动变阻器R 2 直流电源E 开关S 导线若干量程0~50mA,内阻约为50Ω 量程0~200mA,内阻约为10Ω 量程0~3V,内阻约为10k Ω 量程0~15V,内阻约为25k Ω 阻值范围0~15Ω,允许最大电流1A 阻值范围0~1k Ω,允许最大电流100mA 输出电压6V,内阻不计 ①为提高实验结果的准确程度,电流表应选用 ；电压表应选用 ；滑动变阻器应选用 ;以上均填器材代号②为达到上述目的,请在虚线框内画出正确的实验电路原理图,并标明所用器材的代号; ③若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合,请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点相同点： , 不同点： ;解析：①图像中电流0～0.14A,电流表选A 2；电源电压6V,但图像只要求电压在0～3V 之间调整,为了测量准确电压表选V 1；由于绘制图像的需要,要求电压从0～3V 之间调整,所以滑动变阻器只能采用分压式接法,为了能很好调节电压,滑动变阻器应选用阻值较小的R 1; ②该元件约几十Ω,AV R R R R >,电压表的分流作用可以忽略,所以采用电流表外接法；实验数据的采集要求从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法;③从图像的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点,突出都是“非线性”,图像上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数;例12某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池;该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻r ,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱最大阻值为Ω,当标准电阻用 一只电流表量程R I =0.6A,内阻0.1g r =Ω和若干导线;①请根据测定电动势E 内电阻r 的要求,设计图4中器件的连接方式,画线把它们连接起来;②接通开关,逐次改变电阻箱的阻值R ,读处与R 对应的电流表的示数I,并作记录当电阻箱的阻值 2.6R =Ω时,其对应的电流表的示数如图5所示;处理实验数据时;首先计算出每个电流值I 的倒数1I ;再制作R-1I坐标图,如图6所示,图中已标注出了1,R I的几个与测量对应的坐标点,请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6中上;③在图6上把描绘出的坐标点练成图线; ④根据图6描绘出的图线可得出这个电池的电动势E= V,内电阻r = Ω 解析：根据闭合电路欧姆定律,测量电源的电动势和内电阻,需要得到电源的路端电压和通过电源的电流,在本实验中没有电压表,但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表,测量电源的路端电压,通过电流表的电流也是通过电源的电流,所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可;实物图的连接如答图4所示;由闭合电路欧姆定律有：E =IR+r+r g ,解得：)(1g r r IE R +-⋅=,根据R-1/I 图线可知：电源的电动势等于图线的斜率,内阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻; 答案：① 见答图4 ②见答图6 ③见答图6 ④~；~例13某同学为了较精确的测量一阻值约为20Ω的电阻R x 的阻值.①在以下备选器材中电流表应选__________,电压表应选_______,变阻器应选_________.只填写器材对应的字母代号电源E 电动势3 V 、内阻可忽略不计电流表A 1量程50 mA,内阻约12Ω;电流表 A 2量程3 A, 内阻约 Ω;电压表V 1量程3 V,内阻约3 kΩ,电压表V 2量程15 V,内阻约15 kΩ;滑动变阻器R 10～10 Ω,允许最大电流2.0 A;滑动变阻器R 20～1000 Ω,允许最大电流0.5 A;定值电阻R 30Ω,允许最大电流1.0A;开关及导线若干②请在方框中画出实验电路图要求直接测量量的变化范围尽可能大一些,所选器材用对应符号标出;③若某次测量中,电压表读数为U ,电流表读数为I ,则计算待测电阻的阻值表达式为R x ＝________________;解析测量电阻的阻值一般利用伏安法,电压表显然应选量程为 3 V 的V 1；根据欧姆定律容易求得电路中的最大电流150xEI mA R ==,显然超过了电流表A 1 50 mA 的量程,但电流表 A 2的量程又太大,故我们可以将定值电阻R 30Ω与待测电阻R x 相串联,此时电路中的最大电流60x EI mA R R==+,利用电流表A 1 测量电流即可;由于要求直接测量量的变化范围尽可能大一些,故只能采用分压电路,且滑动变阻器使用电阻较小的R 1;最后我们确定电流表的解法：由于此时电路的临界电阻0123190A x V R R R k R R ==⨯=Ω>+,则应该利用电流表的外接法;由此得到实验电路图如图所示,当电压表读数为U ,电流表读数为I ,则计算待测电阻的阻值表达式x UR R I=-.例14从下表中选取出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表A 1的内阻r 1,画在下面的方框中,要求方法简捷,有尽可能高的精确度,并能测出多组数据;器材代号 规格 电流表A 1 量程10mA,内阻r 1待测约40Ω 电流表A 2 量程500μA ,内阻r 2=750Ω 电压表V 量程10V,内阻r 3=10kΩ 电阻R 1 阻值约100Ω,作保护电阻用 滑动变阻器R 2 总阻值约50Ω 电池E 电动势,内阻很小 电键S导线若干解析要测量电流表A 1的内阻,按常规思想应用伏安法,将电压表并联在待测电流表两端,但根据本题所提供的仪器,我们可以首先肯定,在本实验中不可能用到电压表,因为电源的电动势只有,而电压表的量程为10V,最多不到满偏的1/6,用它来读数误差太大,因此该实验能用到的电表只可能用两块电流表;两块电流表有可能串联,也有可能并联,但题目中电流表A 2的内阻r 2已知,因此将两电流表并联,根据并联规律I 1r 1=I 2r 2可求出电流表A 1的内阻r 1=122I r I ; 加在电流表两端的电压最大值U m =I m r 2=,而滑动变阻的最大阻值只有50Ω,如果将滑动变阻器接成限流,会超过电流表的量程,将它们烧坏;如果仅仅将滑动变阻器接成分压,滑动变阻器可调节的范围很小,只有全长的1/4,这样测量的次数比较少;故应将定值电阻R 1接在干路上用作限流,电路图如图所示;例15现有器材：量程为、内阻约30Ω-40Ω的电流表一个,定值电阻R 1=150Ω,定值电阻R 2=100Ω,单刀单掷开关K,导线若干;要求利用这些器材测量一干电池电动势约的电动势;1按要求在实物图上连线;2用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为E = ,式中各直接测得量的意义是： .解析根据提供的器材,可任取一个定值电阻与电流表、干电池、开关接成一个串联电路,用欧姆定律建立方程组进行测量;但在本题中,电流表量程为,干电池的电动势约为,如果把定值电阻R 1与电流表、干电池、开关接成一个串联电路,则回路中总电阻约为180Ω,回路中电流约为 /180Ω=,而如果把定值电阻R 2与电流表、干电池、开关接成一个串联电路,,则回路中总电阻约为130Ω,回路中电流约为 /130Ω=,显然,该电流已超过电流表的量程;考虑到实验的可行性,此时用定值电阻R 2与R 1串联即可,故有如下解答：1连图：左图只用R 1接入电路；右图用R 1和R 2串联接入电路;连线如图 2设I 1是外电阻为R 1时的电流,I 2是外电阻为R 1和R 2串联时的电流,则有11A E I R R r =++,212A EI R R R r=+++解之,可解得干电池电动势为：12212I I E R I I =-. 例17某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻,实验室中有如下器材：A ．待测干电池B ．电流表G0~3mA,内电阻r 1=20ΩC ．电流表A0~0.6A,内电阻r 2=D ．滑动变阻器甲最大阻值10ΩE ．滑动变阻器乙最大阻值100ΩF ．定值电阻R 1=100ΩG ．定值电阻R 2=500ΩH ．定值电阻R 3=Ω 开关、导线;由于没有电压表,为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量;①为了方便并能较准确测量,滑动变阻器应选 ,定值电阻应选用 ;填写定值电阻前的序号②若某次测量中电流表G 的示数为I 1,电流表A 的示数为I 2；改变滑动变阻器的位置后,电流表G 的示数为I 1′,电流表A 的示数为I 2′;则可知此电源的内电阻测量值为r = ,电动势测量值为E= ;解析 干电池的电动势和内阻的测量,一般需要电流表和电压表;由于题中没有电压表,故需要将电流表G 改装为电压表,且改装后电压表的量程应该达到,则总电阻为1.55003VmA=Ω,故定值电阻应选用的序号为G 的电阻,而滑动变阻器应选用阻值较小的D ；②在两次测量过程中,通过电源的电流是两只电表的电流之和,则根据全电路欧姆定律有12112()()E I R r I I r =+++,1212()()E I R r I I r '''=+++解之,得()11211212I I r R r I I I I '-=+''+--, ()2112211212I I I I E R r I I I I ''-=+''+--. 例18小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象,用实验得到如下数据I 和U 分别表示小灯泡上的电流和电压： 1在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器变化范围0-10Ω、电源、小灯泡、电键、导线若干. 2在右图中画出小灯泡的U-I 曲线.3某电池的电动势是,内阻是Ω.将本题中的AR 滑G灯泡接在该电池两端,小灯泡的实际功率是多少解析1为了作出小灯泡的U-I 曲线,必须采用分压的方法；而因为小灯泡的电阻比较小,故采用电流表的外接法,实验电路图见下图.2小灯泡的U-I 曲线首先用描点法作出各个点,利用圆滑的曲线连接即可得到下图;3作出Ir E U -=图线,可得小灯泡工作电流为安,工作电压为伏,因此小灯泡实际功率为==UI P 瓦.例19在"测定金属的电阻率"的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示,用米尺测量金属丝的长度l =0. 810 m ．金属丝的电阻大约为4Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．1从图中读出金属丝的直径为 mm.2在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测电阻丝外,还有如下供选择的实验器材： A ．直流电源：电动势约 V,内阻很小； B.电流表A 1：量程0～0.6 A,内阻Ω;C ．电流表A 2：量程0～3. 0 A,内阻0. 025Ω;D ．电压表V ：量程0～3 V,内阻3 k Ω; E.滑动变阻器R 1：最大阻值10Ω；F.滑动变阻器R 2：最大阻值50Ω;G ．开关、导线等．在可供选择的器材中,应该选用的电流表是 ,应该选用的滑动变阻器是 ;3根据所选的器材,在如图所示的方框中画出实验电路图． 4若根据伏安法测出电阻丝的电阻为R x =4. 1Ω,则这种金属材料的电阻率为 Ω·m.保留二位有效数字 解析1金属丝的直径为0.522mm. 2电路中的最大电流A R EI x75.0==,显然超过了电流表A 1 0.6 A 的量程,但电流表 A 2的量程又太大,故电流表应该选用A 1,由于滑动变阻器R 1最大阻值为10Ω,比被测电阻丝的电阻大,且容易调整,所以采用限流电路即可;由于此时电路的临界电阻Ω>Ω≈=4200V A R R R ,故电流表采用外解法.3实验电路如图所示4利用电阻定律S l R ρ=,则==lRSρ×10-6Ω·m.例20在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材： A ．待测的干电池电动势约为,内电阻小于Ω B ．电流表G 满偏电流3mA,内阻Rg=10Ω C ．电流表A0～0.6A,内阻ΩD ．滑动变阻器R 10～20Ω,10 A E.滑动变阻器R 20～200Ω,l A F ．定值电阻R 0 990Ω G ．开关和导线若干1某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流表,于是他设计了如图所示中甲的a 、b 两个参考实验电路,其中合理的是 图所示的电路；在该电路中,为了操作方便且能准确地进行测量,滑动变阻器应选 填写器材前的字母代号．2图乙为该同学根据1中选出的合理的实验电路利用测出的数据绘出的I 1—I 2图线I 1为电流表G 的示数,I 2为电流表A 的示数,则由图线可以得被测电池的电动势E= V,内阻r= Ω;解析本题中测定干电池的电动势和内电阻需要用电压表和电流表,由于题中只给了两个电流表,故可以通过改装来实现.因为定值电阻R 0=990Ω,则电流表G 与之串联较好,所以合理的是b 图所示的电路,滑动变阻应选D ；根据全电路欧姆定律容易得到102()g E I R R I r =++,即1200g gr EI I R R R R =-+++由I 1—I 2图线可以看出,图线与纵轴的交点为mA ,即0 1.48gEmA R R =+,故电动势E=；又因为12 1.48 1.250.770.3I k I ∆-===∆,即010000.77g r R R =+,故0.77r =Ω. 例21某电压表的内阻在20～50K Ω之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:待测电压表V 量程3V,电流表A 1量程200μA ,电流表A 2量程5mA,电流表A 3量程0.6A,滑动变阻器R 最大阻值1kΩ,电源E 电源电压为4V,开关S. 1所提供的电流表中应选用 填字母代号.2为了尽量减小误差,要求多测几组数据,试在图10-9方框中画出符合要求的实验电路其中电源和开关及连线已画出.解析电压表的示数等于通过电压表的电流与本身内阻的乘积,估算电路中的最大电流为所以应选电流表A 1,与电压表串联在电路中.滑动变阻器的电阻远小于电压表内阻.如果用滑动变阻器连成限流电路,一则它对电路的调控作用很不明显,二则是待测电压表分得的最小电压约为大于电压表的量程,变阻器明显不能组成限流电路,这样变阻器应作为分压器接在电路中,就不会出现上述问题,电路如图10-10所示.总结对于电表的选择,必须先根据已知条件估算电路中的最大电压或电流值,以此确定选用略大于且量程最小的电表;例22用以下器材测量电阻R x 的阻值900-1000Ω： 电源E,有一定内阻,电动势约为； 电压表V 1,量程为,内阻r 1=750Ω； 电压表V 2,量程为5V,内阻r 2=2500Ω； 滑线变阻器R,最大阻值约为100Ω； 单刀单掷开关K,导线若干;1测量中要求电压表的读数不小于其量程的13,试画出测量电阻R x 的一种实验电路原理图原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注;2若电压表V 1的读数用U 1表示,电压表V 2的读数用U 2表示,则由已知量和测得量表示R x 的图10-9 E 图10-10公式为R x = ; 2.分析与解：很多考生解析此题,第一思维考虑的就是伏安法,由于本题没有电流表,思维受阻,当然做不正确;只有极少数有“用已知内阻的电压表代替电流表”新观念的考生才能做正确; 答案：1测量电阻R x 的实验电路如图2所示;2电压表V 1的示数U 1,电压表V 2的示数U 2,电压表V 1的内阻r 1,根据串联、并联电路的规律,算出R x 的电阻为R x =2111U U r U ;。
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电学中的设计性实验(45分钟100分)1.(16分)现有一电池,电动势E约为9 V,内阻r在35～55 Ω范围内,允许通过的最大电流为50 mA。
为测定该电池的电动势和内阻,某同学利用如图(a)所示的电路进行实验。
图中R 为电阻箱,阻值范围为0～9 999 Ω;R0为保护电阻。
(1)可备选用的定值电阻R0有以下几种规格,本实验应选用( )A.20 Ω,2.5 WB.50 Ω,1.0 WC.150 Ω,1.0 WD.1 500 Ω,5.0 W(2)按照图(a)所示的电路图,接好电路,闭合电键后,调整电阻箱的阻值,记录阻值R和相应的电压表示数U,取得多组数据,然后作出1U -1R+R0图象,如图(b)所示,由图中所给的数据可知,电源的电动势E= V,r= Ω。
(结果保留两位有效数字)【解析】(1)电路最小总电阻约为:R=EI m =90.05Ω=180Ω,为保护电路安全,保护电阻应选C。
(2)由图(a)所示电路图可知,在闭合电路中,电源电动势:E=U+Ir=U+UR0+Rr,则1 U =rE·1R+R0+1E,则1U-1R+R0图象是直线;根据1U-1R+R0图象可知,1E=0.12 V-1,E≈8.3 V,rE =k=0.15-0.125.0×10-3Ω·V-1=6 Ω·V-1,解得:r=6×8.3 Ω≈50 Ω。
答案:(1)C (2)8.3 50【总结提升】测定电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律,数据处理的主要思想方法是“化曲为直”,常用的方法有三种:(1)伏安法——利用电压表和电流表。
闭合电路方程为E=U+Ir,利用两组数据,联立方程求解E和r;也可作出U-I图象,图线的纵截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻。
(2)伏阻法——利用电压表和电阻箱。
闭合电路方程为E=U(1+r R)。
利用两组数据联立方程求解或将方程线性化,处理为1U =r E ·1R +1E 或U=-r U R +E,作1U -1R 图象或U-U R图象,利用图线的截距和斜率求E 和r 。
(3)安阻法——利用电流表和电阻箱。
闭合电路方程为E=I(R+r),利用两组数据联立方程求解或将方程线性化,处理为1I =1E ·R+r E ,作1I-R 图象,利用图线的截距和斜率求E 和r 。
【加固训练】某探究小组采用如图甲所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻时,发现量程为3 V 的电压表出现故障不能正常使用,实验台上有一个量程为500 μA,内阻R g =200 Ω的灵敏电流计和一个电阻箱R(0～9 999 Ω)。
(1)为了把灵敏电流计改装成量程为2 V 的电压表继续实验,电阻箱R 应调整至Ω。
(2)探究小组中一个同学用灵敏电流计和电阻箱设计了如图乙所示的实验电路,同样测出了干电池的电动势和内阻。
①多次调节电阻箱,记录灵敏电流计的示数I 和电阻箱的阻值R,电源的电动势和内阻分别用E 和r 表示,则1I和R 的关系式为 。
②然后以1I 为纵坐标,以R 为横坐标,作出1I-R 图线为一直线,如图丙所示,测得直线在纵轴上的截距b=134,直线的斜率k=23,则该电池的电动势E= V,内阻r= Ω。
【解析】(1)将电流计改装成电压表,应串联一个大电阻,根据串并联电路的规律可知:R=(2500×10-6-200) Ω=3 800 Ω。
(2)①根据闭合电路欧姆定律可知:I=ER g +r+R 变形可得:1I =R g +r E +1ER; ②根据图象和公式可知:b=R g +r E ;k=1E ,根据题意可知:E=1.5 V;r=1 Ω。
答案:(1)3 800(2)①1I =R g +r E +1ER ②1.5 1 2.(16分)(2018·福州模拟)为了测量某种材料制成的特种电阻丝R x 的电阻率,提供的器材有:A.电流表Ⓖ,内阻 R g =120 Ω,满偏电流I g =3 mAB.电流表Ⓐ,内阻约为10 Ω,量程为100 mAC.螺旋测微器,刻度尺D.电阻箱 R 0(0～9 999 Ω,0.5 A)E.滑动变阻器R(5 Ω,1 A)F.电池组E(6 V,0.05 Ω)G.一个开关S 和导线若干某同学进行了下列操作(1)用多用电表粗测电阻丝的阻值,当用“×1”挡时发现指针偏转角度过小,说明电阻较 (选填“大”或“小”),应换为“×10”挡,并重新进行 ,测量时指针位置如图甲所示(2)把电流表Ⓖ与电阻箱串联改装成量程为 6 V 的电压表,则电阻箱的阻值应调为R 0= Ω。
(3)请用改装好的电压表设计一个测量电阻R x 阻值的实验,根据提供的器材和实验需要,请将图乙中电路图补充完整。
(4)电阻率的计算:测得电阻丝的长度为L,电阻丝的直径为d,电路闭合后,调节滑动变阻器的滑片到合适位置,电流表Ⓖ的示数为I 1,电流表Ⓐ的示数为I 2,请用已知量和测量量的字母符号(各量不允许代入数值)写出计算电阻率的表达式ρ= 。
【解题指导】欧姆表读数时,注意此刻度不均匀,尽量让指针在中央附近,同时乘以倍率;确定滑动变阻器与电流表的接法是正确解题的关键,测量电阻的方法除了伏安法外,还有“安安法”(即两个电流表组合)、“伏伏法”(两个电压表组合)等。
掌握电阻定律,同时注意利用电流表与电阻的关系,求出电压的方法。
【解析】(1)欧姆挡测量电阻时,指针从最左边开始偏转,而最左边对应无穷大,所以指针偏转角度过小说明被测电阻过大,应采用高一挡测量,调好挡位后,需要重新欧姆调零。
(2)改装成电压表,需要串联一个电阻分压,故6 V-I g R g =I g R 0,代入数据可得R 0=1 880 Ω(3)滑动变阻器R(5 Ω,1 A),电源电压为6 V,所以滑动变阻器使用限流式,从图甲中可得被测电阻大约70 Ω,所以电流表内阻和被测电阻相接近,所以采用电流表外接法,如图所示(4)由电阻定律可知,电阻为:R x =ρL S =ρL π(d 2)2,则电阻率为:ρ=πd 2R x 4L ,根据欧姆定律有:R x =U I =I 1(R g +R 0)I 2-I 1,所以电阻率为:ρ=πd 2I 1(R g +R 0)4L (I 2-I 1)答案:(1)大 欧姆调零 (2)1 880(3)见解析图 (4)πd 2I 1(R g +R 0)4L (I 2-I 1)3.(16分)(2018·沧州模拟)小勇在探究标有“3 V 1.5 W ”字样的小灯泡的伏安特性曲线,实验室除了导线,开关,内阻不计、电动势为3 V 的电池组和待测小灯泡外,还有如下的实验器材供选择:A.电流表(0～0.6 A 、内阻为1 Ω)B.电流表(0～3 A 、内阻为0.2 Ω)C.电压表(0～3 V 、内阻约为2 kΩ)D.电压表(0～10 V 、内阻约为4.5 kΩ)E.滑动变阻器(0～100 Ω)F.滑动变阻器(0～20 Ω)(1)为了减小实验误差,电流表应选 ;电压表应选 ;滑动变阻器应选 ;(填器材前面的字母代号)小勇利用所选用的实验器材描绘了小灯泡的伏安特性曲线,如图甲所示,则该小灯泡的阻值随两端电压的升高而 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)连接完整的实物图如图乙所示。
(3)如果小勇在进行该操作时,误将a 、b 间的导线接在a 、c 间,在闭合开关后,无论小勇如何移动滑动变阻器的滑动触头,小灯泡始终发光,则小灯泡在该过程中所消耗的电功率的最小值为 W 。
【解析】(1)电压表选择0～3 V 量程的 C,电流表量程应略大于电路中最大电流,灯泡的额定电流I=1.53A=0.5 A,故电流表选择A;因本实验采用分压式接法,故滑动变阻器选F;根据U-I 图象可知,随着灯泡两端电压的升高灯泡电阻增大。
(2)滑动变阻器采用分压接法,而由于灯泡内阻较小,故灯泡采用电流表外接法,实物图如图所示:(3)小灯泡获最小功率时,电路的总电阻最大,此时滑动变阻器的两段电阻丝并联的总电阻为5 Ω,把滑动变阻器两段电阻丝并联后的总电阻和电流表内阻当成电源的内阻,则短路电流I=35+1A=0.5 A,在U-I 图象中作出路端电压与电路中电流的图象,如图所示,两图线交点坐标为(0.34,0.94),所以小灯泡消耗的电功率最小值P=0.34×0.94 W ≈0.32 W 。
答案:(1)A C F 增大 (2)见解析图 (3)0.324.(16分)在测定金属丝电阻率的实验中,用螺旋测微器测量金属丝的直径时的刻度位置如图所示:(1)从图中读出金属丝的直径为 mm 。
(2)实验中为了减小电流表和电压表内阻引起的系统误差,采用图示电路:①闭合电键S 1,将S 2接2,调节滑动变阻器R 1和R 2,使电压表读数尽量接近满量程,读出此时电压表和电流表的示数U 1和I 1;②将S 2接1 ,读出这时电压表和电流表的示数U 2和I 2。
则金属丝电阻R x = 。
(3)若金属丝的长度为l ,直径为D,电阻为R x ,则该金属丝电阻率的表达式为ρ= 。
【解析】(1)由图示螺旋测微器可知,固定刻度示数是0.5 mm,可动刻度示数是12.0×0.01 mm=0.120 mm,则螺旋测微器示数是0.5 mm+0.120 mm=0.620 mm 。
(2)由题意知:R x +R A +R 2=U 1I 1,R A +R 2=U 2I 2,得到R x =U 1I 1-U 2I 2。
(3)根据R x =ρl S ,解得ρ=R x S l =πD 2R x 4l。
答案:(1)0.620 (2)U 1I 1-U 2I 2 (3)πD 2R x 4l 【加固训练】某实验小组利用提供的器材测量某种电阻丝(电阻约为20 Ω)材料的电阻率。
他们首先把电阻丝拉直后将其两端固定在刻度尺两端的接线柱a 和b 上,在电阻丝上夹上一个与接线柱c 相连的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P 的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。
可供选择的器材还有:电池组E(电动势为3.0 V,内阻约1 Ω);电流表A 1(量程0～100 mA,内阻约5 Ω);电流表A 2(量程0～0.6 A,内阻约0.2 Ω);电阻箱R(0～999.9 Ω);开关、导线若干。
他们的实验操作步骤如下:A.用螺旋测微器在三个不同的位置分别测量电阻丝的直径d;B.根据提供的器材,设计并连接好如图甲所示的电路;C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值最大,闭合开关S;D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,调节电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表满偏,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,调节电阻箱接入电路中的电阻值,使电流表再次满偏。