高中物理电学实验经典题型分析27个例题.doc

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1、1图 10-5教师:_ 学生:_ 时间:_年_月_日_段例 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 );直流电流表(量程 010 mA、内阻 50 );直流电压表(量程 03 V、内阻 5 k);直流电源(输出电压 4 V、内阻不计) ;滑动变阻器(015 、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.【审题】本题只需要判断测量电路、控制电路的接法,各仪器的量程和电阻都已经给出,只需计算两种接法哪种合适。【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 Rx,故电流表应采用外接法.在控制电路中

2、,若采用变阻器的限流接法,当滑动vAR变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小, Imin= =24 mA10 mA,此时xARE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.【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全,这是电学实验的首要原则 ,限流接法虽然简洁方便,但必须要能够控制电路不超过电流的额定值,同时,能够保证可获取一定的电压、电流范围,该题中,即便控制电流最小值不超过电流表的量程,因滑动变阻器全阻值相对电路其它电阻过小,电流、电压变化范围太小,仍不能用限流接法。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

3、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。画出实验电路图,并在图上标出你所选用器材的代码。写出主要的实验操作步骤。【解本测量仪器是电压表和电流表,当只有一个电表(或给定的电表不能满足要求时) ,可以用标析】2 验电路如右图所示。将 S2 与 Rx 相接,记下电流表指针所指位置。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RxR 1。课 题 电学实验经典题型分析2例 3、用以下器材测量一待测电阻 Rx 的阻值(9001000):电源 E,具有一定内阻,电动势约为

4、 9.0V;电压表 V1,量程为 1.5V,内阻 r1750 ;电压表 V2,量程为 5V,内阻 r22500;滑动变阻器 R,最大阻值约为 100;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 A1(量程 250mA,内阻 r1 为 5);标准电流表 A2(量程 300mA,内阻 r2 约为 5) ;待测电阻 R1(阻值约为 100) ;滑动变阻器 R2(最大阻值 10) ;电源 E(电动势约为 10V,内阻 r 约为 1) ;单刀单

5、掷开关 S,导线若干。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.需要直接测量的物理量是_,用测的量表示待测电阻 R1 的计算公式是 R1_。【解析】实验电路图如图所示。两电流表 A1、 A2 的读数为 I1、I 2 和电流表 A1 的内阻为 r1,待测电阻 R1 的阻值的计算公式是: 12rIR例 5 有一电阻 Rx,其阻值在 100200 之间,额定功率为 0.25W。要用伏安法较准确地测量它的阻值,实验器材有:安培表 A1,量程为 50mA,R A1=100安培表 A2,量程为 1A,R A2=20电压表 V1,量程为 5V,R V1=10k电压表 V2,量程

6、为 15V, RV2=30k 变阻器 R1,变阻范围 020 ,2A3变阻器 R2,变阻范围 01000,1A9V 电源,电键,导线。实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是: 。 画出所用实验电路图。【解析】允许通过电阻中电流可能的最大值由: 得, 。因为电阻可能为RIP2mAII50321200,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 A1。又因为 ,所以 。因为电阻可能为 100,所以允许加在电阻两端RUP2VU.7521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 V1。因为 R1

7、 R2,且 2A35mA, 所以应选变阻器 R1。因为 R1R x 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。因为 , 所以应选用外接电路。xVA实验所用电路如图所示例 6(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 A1的内阻 r1,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 r1待测(约 40)电流表(A 2) 量程 500A,内阻 r2=750电压表(V) 量程 10V,内阻 r3=10k电阻(R 1) 阻值约 100,作保护电阻用滑动变阻器(R 2) 总阻值约 50电池(E) 电动势 1.5V,内

8、阻很小电键(S)导线若干【解析】要测量电流表 A1 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 1.5V,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 A2的内阻 r2已知,因此将两电流表并联,根据并联规律 I1r1=I2r2可求出电流表 A1的内阻 r1= 。2I加在电流表两端的电压最大值 Um=Imr2=0.375V,而滑动变阻的最大阻值只有 50,如果将滑动变阻器接

9、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 R1接在干路上用作限流,电路图如图所示。例 7 (2006 年全国、)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) ,电流表 (量程 1.2mA,内阻约 500) ;直流电源 E(电动势约 2.4V,内阻不计) ;固V VmA4定电阻 3 个:R 1=4000,R 2=10000,R 3=15000;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。试从 3 个固定电阻中选用 1 个,与其

10、它器材一起组成测量电路,并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。 )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 RV =_。【解析】实验电路如图所示,若选用电阻 R1,则并联电阻 2000,电压表读并数U R 20001.921V ,电流表读数 I mAEr并并 5024. mArRE并0.00096A0.96mA 0.6mA,R 1 符合要求,同理可得 R2、R 3 不符合要求,故选 R1。5024.电路接通后,通过 R1 的电流 I1 ,则通过电压表的电流为 I2II 1I ,所以电压表的内阻 RVU1U2IU1【备考提示】本题涉及实验器材选取

11、和电路设计等,对考生的分析综合能力提出了较高要求,解答此类试题必须根据测量要求和所提供的器材,由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手点。【变式题】例 8(2006 年全国)现要测定一个额定电压 4V、额定功率 1.6W 的小灯泡(图中用 表示)的伏安特性曲线。要求所测电压范围为 0.1V4V 。现有器材:直流电源 E(电动势 4.5V,内阻不计) ,电压表 (量程 4.5V,内阻约为 4104) ,电流表 (量程 250mA,内阻约为 2) ,电流表 (量程 500mA,内阻约为 1) ,滑动变阻器 R(最大阻值约为30) ,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

12、的电流表是 ,下面两个电路应该选用的是 。【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0.1V4V,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 大于小灯泡电阻,因此应该选择电流20VAR表外接法即选择甲电路进行测量。R1S EV mAVA2A1A25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 R0 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

13、(量程 3V、15V)(c) 定值电阻(阻值 1 、额定功率 5W)(d) 定值电阻(阻值 10 ,额定功率 10W)(e) 滑动变阻器(阴值范围 0-10 、额定电流 2A)(f) 滑动变阻器(阻值范围 0-100 、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; R0 应选择 的定值电阻,R 应选择阻值范围是 的滑动变阻器。(2)引起该实验系统误差的主要原因是 。【解析】 (1)3,0.6,1,010。 (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。由于电源是一节干电池(1.5V ) ,所选量程为 3V 的电压表;估算电流时,

14、考虑到干电池的内阻一般几 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 010 能很好地控制电路中的电流和电压,若取 0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。关于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

15、 测 干 电 池 B 电 流 表 G( 03mA, 内 电 阻 r1=20)C 电 流 表 A( 00.6A, 内 电 阻 r2=0.20) D 滑 动 变 阻 器 甲 ( 最 大 阻 值 10)E 滑 动 变 阻 器 乙 ( 最 大 阻 值 100) F 定 值 电 阻 R1=100G 定 值 电 阻 R2=500 H 定 值 电 阻 R3=1.5k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。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)若某次测量中电流表 G 的示数为 I1,电流表 A 的示数为 I2;改变滑动变阻器的

16、位置后,电流表 G 的示数为I1,电流表 A 的示数为 I2。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 1.5V,则总电阻为 ,故定值电阻应选用的序1.503VmA号为 G 的电阻, 而 滑动变阻器应选用 阻 值 较 小 的 D;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 6,1212()()EIRrIr122()()EIRrIr解之,得 , 21121II 1212IRrI【例 11】某同学通过查

17、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 9.999,科当标准电阻用) 一只电流表(量程RI=0.6A,内阻 0.1gr)和若干导线。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。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 2.6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- I坐标图,如图 6 所示,图中已标注出了( 1,RI)的几个与测量对应的坐

18、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。在图 6 上把描绘出的坐标点练成图线。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 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 =I(R+r+r g) ,解得: ,根据 R-1/I 图线可知:电源的电动势等于)(1grIER图线的斜率,内阻

19、为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。答案: 见答图 4 见答图 6 见答图 6 1.5(1.461.54) ;0.3(0.250.35)7【例 12】某同学为了较精确的测量一阻值约为 20 的电阻 Rx 的阻值.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 A1(量程 50 mA,内阻约 12)电流表 A2(量程 3 A, 内阻约 0.12 )电压表 V1(量程 3 V,内阻约 3 k)电压表 V2(量程 15 V,内阻约 15 k)滑动变阻器 R1(010 ,允许最大电流 2.0 A)滑动变阻器 R2(

20、01000 ,允许最大电流 0.5 A)定值电阻 R(30,允许最大电流 1.0A)开关及导线若干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) 。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Rx_ 。【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 V1;根据欧姆定律容易求得电路中的最大电流 ,显然超过了电流表 A1 50 mA 的量程,但电流表 A2 的150xEImAR量程又太大,故我们可以将定值电阻 R(30)与待测电阻 Rx 相串联,此时电路中的最大电流,利用电流表 A1 测量电流即可。

21、由于要求直接测量量的变化范围尽可能大一些,故只能60xEImR采用分压电路,且滑动变阻器使用电阻较小的 R1。最后我们确定电流表的解法:由于此时电路的临界电阻,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012390AxVk8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 .xURI【例 13】现有器材:量程为 10.0mA、内阻约 30 -40 的电流表一个,定值电阻 R1=150 ,定值电阻 R2=100 ,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 1.5V)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

22、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 10.0mA,干电池的电动势约为 1.5V,如果把定值电阻 R1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 180 ,回路中电流约为 1.5V /180 =8.3mA,而如果把定值电阻 R2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 130 ,回路中电流约为1.5V /130 =11.5mA,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 R2与 R1串

23、联即可,故有如下解答:(1)连图:左图只用 R1接入电路;右图用 R1和 R2串联接入电路。(连线如图) (2)设 I1是外电阻为 R1时的电流,I 2是外电阻为 R1和 R2串联时的电流,则有,1AERr212AEr解之,可解得干电池电动势为: . 12I【例 14】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 G( 03mA, 内 电 阻 r1=20)C 电 流 表 A( 00.6A, 内 电 阻 r2=0.20) D 滑 动 变 阻 器 甲 ( 最 大 阻 值 10)E 滑 动 变 阻 器 乙 ( 最 大 阻 值 100) F 定

24、 值 电 阻 R1=100G 定 值 电 阻 R2=500 H 定 值 电 阻 R3=1.5k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。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)RAR 滑G9若某次测量中电流表 G 的示数为 I1,电流表 A 的示数为 I2;改变滑动变阻器的位置后,电流表 G 的示数为I1,电流表 A 的示数为 I2。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

25、电压表的量程应该达到 1.5V,则总电阻为 ,故定值电阻应选用的序1.503VmA号为 G 的电阻, 而 滑动变阻器应选用 阻 值 较 小 的 D;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 ,1212()()EIRrIr122()()EIRrIr解之,得 , .21121II 1212IRrI【例15】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0-10) 、电源、小灯泡、电键、导线若干.(2)在右图中

26、画出小灯泡的U-I曲线.(3)某电池的电动势是1.5V,内阻是2.0.将本题中的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 图线,可得小灯泡工作电流为 0.35安,工作电压为0.80伏,因此小灯泡实际功率为IrEU0.28瓦. IP【例16】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

27、大约为4,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10(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4.5 V,内阻很小;B.电流表A 1:量程00.6 A,内阻0. 125; C电流表A 2:量程03. 0 A,内阻0. 025;D电压表V:量程03 V,内阻3 k;E.滑动变阻器R 1:最大阻值10;F.滑动变阻器R 2:最大阻值50;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(

28、4)若根据伏安法测出电阻丝的电阻为R x=4. 1,则这种金属材料的电阻率为 m.(保留二位有效数字)【解析】(1)从螺旋测微器主尺读出0.5 mm,再从游尺读出 ,故金属丝m01.52的直径为0.522mm. ( 2)电路中的最大电流 ,显然超过了电流表 A1 0.6 A 的量程,但电流表 A2 的量程又太大,AREIx75.0故电流表应该选用 A1,由于滑动变阻器 R1最大阻值为 10,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 ,故电流表采用外解法.4200VA(3)实验电路如图所示 (4)利用电阻定律 ,则 1.110-6m.SlRlR【例 17】在

29、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 1.5V,内电阻小于 1.0)B电流表 G(满偏电流 3mA,内阻 Rg=10)C电流表 A(00.6A,内阻 0.1)D滑动变阻器 R1(020,10 A) E.滑动变阻器 R2(0200,l A)F定值电阻 R0 (990) 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 I1I2图线(I 1为电流表 G 的示数,I2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= 。

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