1.測量金屬的電阻率(電阻測量類)——5年3考:2020全國Ⅰ卷T22、2018全國Ⅲ卷T23、2017全國Ⅱ卷T23。2.描繪小燈泡的伏安特性曲線——5年3考:2021全國甲卷T23、2020全國Ⅱ卷T23、2017全國Ⅰ卷T23。3.測定電源的電動勢和內(nèi)阻——5年1考:2021全國乙卷T23。4.電表改裝和多用電表——5年5考:2020全國Ⅲ卷T23、2019全國Ⅰ卷T23、2019全國Ⅲ卷T23、2018全國Ⅱ卷T22、2017全國Ⅲ卷T23。5.創(chuàng)新實驗——5年3考:2020全國Ⅲ卷T23、2019全國Ⅱ卷T23、2018全國Ⅰ卷T23。
1.(2020全國Ⅰ卷)某同學(xué)用伏安法測量一阻值為幾十歐姆的電阻Rx,所用電壓表的內(nèi)阻為1 kΩ,電流表內(nèi)阻為0.5 Ω。該同學(xué)采用兩種測量方案,一種是將電壓表跨接在圖甲所示電路的O、P兩點之間,另一種是跨接在O、Q兩點之間。測量得到如圖乙所示的兩條U-I圖線,其中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)。
回答下列問題:(1)圖乙中標(biāo)記為Ⅱ的圖線是采用電壓表跨接在　　　　(選填“O、P”或“O、Q”)兩點的方案測量得到的。?
(2)根據(jù)所用實驗器材和圖乙可判斷,由圖線　　　　(選填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的結(jié)果更接近待測電阻的真實值,結(jié)果為　　　　 Ω(保留1位小數(shù))。?(3)考慮到實驗中電表內(nèi)阻的影響,需對(2)中得到的結(jié)果進行修正,修正后待測電阻的阻值為　　　　 Ω(保留1位小數(shù))。?
情境剖析本題屬于基礎(chǔ)創(chuàng)新性題目,以伏安法測量電阻為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問題情境。素養(yǎng)能力本題考查的學(xué)科素養(yǎng)是科學(xué)探究,考查的關(guān)鍵能力是理解能力、實驗探究能力,要求學(xué)生從圖象中獲取信息,靈活運用所學(xué)的實驗理論和分析方法解決實驗中的問題。
答案 (1)O、P　(2)Ⅰ　50.5　(3)50.0
解析 找清楚誤差產(chǎn)生的原因,在電流相等的情況下,跨接在“O、Q”兩點間的電壓表的示數(shù)比跨接在“O、P”兩點間的電壓表的示數(shù)大。(1)在電流相等的情況下,跨接在“O、P”兩點間的電壓表的示數(shù)比跨接在“O、Q”兩點間的電壓表的示數(shù)小,所以題圖乙中標(biāo)記為Ⅱ的圖線是采用電壓表跨接在“O、P”兩點間的方案測量得到的。(2)由R= ,根據(jù)圖線Ⅰ,可知電阻阻值為50.5 Ω,該電阻為大電阻,電流表采取內(nèi)接法得到的測量值更接近真實值。即由圖線Ⅰ得到的結(jié)果更接近待測電阻的真實值。所以其結(jié)果為50.5 Ω。(3)因為測量值為待測電阻和電流表串聯(lián)的阻值,修正后的待測電阻的值為50.5 Ω-0.5 Ω=50.0 Ω。
2.(2019全國Ⅱ卷)某小組利用圖(a)所示的電路,研究硅二極管在恒定電流條件下的正向電壓U與溫度t的關(guān)系,圖中V1和V2為理想電壓表;R為滑動變阻器,R0為定值電阻(阻值100 Ω);S為開關(guān),E為電源。實驗中二極管置于控溫爐內(nèi),控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計(圖中未畫出)測出。圖(b)是該小組在恒定電流為50.0 μA時得到的某硅二極管U-t關(guān)系曲線?；卮鹣铝袉栴}:
(1)實驗中,為保證流過二極管的電流為50.0 μA,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R,使電壓表V1的示數(shù)為U1=　　　　　 mV;根據(jù)圖(b)可知,當(dāng)控溫爐內(nèi)的溫度t升高時,硅二極管正向電阻　　　　　(填“變大”或“變小”),電壓表V1示數(shù)　　　　　(填“增大”或“減小”),此時應(yīng)將R的滑片向　　　　　(填“A”或“B”)端移動,以使V1示數(shù)仍為U1。?(2)由圖(b)可以看出U與t成線性關(guān)系。硅二極管可以作為測溫傳感器,該硅二極管的測溫靈敏度為 =　　　　　×10-3 V/℃(保留2位有效數(shù)字)。?
?情境剖析本題屬于創(chuàng)新性題目,以硅二極管為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問題情境。素養(yǎng)能力本題考查的學(xué)科素養(yǎng)是科學(xué)探究,考查的關(guān)鍵能力是理解能力、實驗探究能力,要求學(xué)生從圖象中獲取信息,靈活運用所學(xué)的實驗理論和分析方法解決實驗中的問題。
答案 (1)5.00　變小　增大　B　(2)2.8
解析 (1)U1=IR0=50.0×10-3×100 mV=5.00 mV。從U-t關(guān)系曲線可以得出,溫度升高時,二極管兩端電壓變小,二極管正向電阻變小,回路電流變大,電壓表V1示數(shù)增大,為了保證電流不變,滑動變阻器R的滑片應(yīng)向B端移動。
3.(2019全國Ⅰ卷)某同學(xué)要將一量程為250 μA的微安表改裝為量程為20 mA的電流表。該同學(xué)測得微安表內(nèi)阻為1 200 Ω,經(jīng)計算后將一阻值為R的電阻與該微安表連接,進行改裝。然后利用一標(biāo)準(zhǔn)毫安表,根據(jù)圖(a)所示電路對改裝后的電表進行檢測(虛線框內(nèi)是改裝后的電表)。
(1)根據(jù)圖(a)和題給條件,將圖(b)中的實物連線。(2)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示數(shù)為16.0 mA時,微安表的指針位置如圖(c)所示。由此可以推測出所改裝的電表量程不是預(yù)期值,而是　　　　　。(填正確答案標(biāo)號)?A.18 mAB.21 mAC.25 mAD.28 mA
(3)產(chǎn)生上述問題的原因可能是　　　　　。(填正確答案標(biāo)號)?A.微安表內(nèi)阻測量錯誤,實際內(nèi)阻大于1 200 ΩB.微安表內(nèi)阻測量錯誤,實際內(nèi)阻小于1 200 ΩC.R值計算錯誤,接入的電阻偏小D.R值計算錯誤,接入的電阻偏大(4)要達到預(yù)期目的,無論測得的內(nèi)阻值是否正確,都不必重新測量,只需要將阻值為R的電阻換為一個阻值為kR的電阻即可,其中k=　　　　　。?
情境剖析本題屬于應(yīng)用性題目,以電表改裝為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問題情境。素養(yǎng)能力本題考查的學(xué)科素養(yǎng)是科學(xué)探究?？疾榈年P(guān)鍵能力是理解能力、實驗探究能力,要求學(xué)生能正確連接器材,會觀察、分析和解釋實驗中產(chǎn)生的現(xiàn)象和數(shù)據(jù),并得出合理的結(jié)論。
答案 (1)連線如圖所示
解析 (1)量程為250 μA的微安表改裝成量程為20 mA電流表時應(yīng)將電阻與微安表并聯(lián)。根據(jù)電路圖,從電源正極出發(fā),電表正極對應(yīng)電源正極,依次連接,注意連線不要交叉。(2)通過電流表的電流與偏角成正比,表盤160 μA對應(yīng)16 mA,則表盤250 μA對應(yīng)25 mA。
4.(2020北京卷)用圖1所示的甲、乙兩種方法測量某電源的電動勢和內(nèi)電阻(約為1 Ω)。其中R為電阻箱,電流表的內(nèi)電阻約為0.1 Ω,電壓表的內(nèi)電阻約為3 kΩ。
(1)利用圖1中圖甲實驗電路測電源的電動勢E和內(nèi)電阻r,所測量的實際是圖2中虛線框所示“等效電源”的電動勢E'和內(nèi)電阻r'。若電流表內(nèi)電阻用RA表示,請你用E、r和RA表示出E'、r',并簡要說明理由?！　　　　　　　　　　　　　　　?(2)某同學(xué)利用圖象分析甲、乙兩種方法中由電表內(nèi)電阻引起的實驗誤差。在圖3中,實線是根據(jù)實驗數(shù)據(jù) 描點作圖得到的U-I圖象;虛線是該電源的路端電壓U隨電流I變化的U-I圖象(沒有電表內(nèi)電阻影響的理想情況)。
在圖3中,對應(yīng)圖甲電路分析的U-I圖象是　　　　　　;對應(yīng)圖乙電路分析的U-I圖象是　　　　。?
(3)綜合上述分析,為了減小由電表內(nèi)電阻引起的實驗誤差,本實驗應(yīng)選擇圖1中的　　　(選填“甲”或“乙”)。?
情境剖析本題屬于基礎(chǔ)性題目,以測量某電源的電動勢和內(nèi)電阻的“安阻法”和“伏阻法”為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問題情境。素養(yǎng)能力本題考查了考生的“設(shè)計實驗與制訂方案、獲取和處理信息”等科學(xué)探究能力?？疾閷W(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)中關(guān)于“科學(xué)探究”及“物理觀念”等方面的水平,尤其注重考查“科學(xué)探究”中關(guān)于證據(jù)和解釋要素的水平以及對電路中相關(guān)概念的理解。
答案 (1)E'=E,r'=r+RA,理由見解析 (2)C　A　(3)乙
解析 (1)將電源和電流表視為等效電源,電源電動勢是電源本身具有的屬性,電流表不具有產(chǎn)生電動勢的本領(lǐng),所以等效電源的電動勢仍然為E'=E而電流表的內(nèi)阻和電動勢的內(nèi)阻作為等效電源的內(nèi)阻,即r'=r+RA(2)對圖甲,考慮電表內(nèi)阻時,根據(jù)閉合電路歐姆定律得E=U路+Ir內(nèi)=U+I(r+RA)變形得U=-(r+RA)I+E沒有電表內(nèi)阻影響的理想情況時,U=-rI+E
圖象與縱軸截距均為電源電動勢E,虛線對應(yīng)的斜率大小為r,實線對應(yīng)的斜率大小為(r+RA),所以對應(yīng)圖甲電路分析的U-I圖象是C;
對圖乙,考慮電表內(nèi)阻時,根據(jù)閉合電路歐姆定律得
(3)圖甲雖然測量的電源電動勢準(zhǔn)確,但電流表分壓較為明顯,所以內(nèi)阻測量的誤差很大;圖乙雖然電動勢和內(nèi)阻測量均偏小,但是電壓表內(nèi)阻很大,分流不明顯,所以電動勢和內(nèi)阻的測量誤差較小,所以選擇圖乙可以減小由電表內(nèi)電阻引起的實驗誤差。
注意 (1)10分度的游標(biāo)卡尺,若以mm為單位,小數(shù)點后只有1位。20分度和50分度的游標(biāo)卡尺若以mm為單位,小數(shù)點后有2位。(2)游標(biāo)卡尺在讀數(shù)時先確定主尺的分度,先讀主尺數(shù)據(jù),再讀游標(biāo)尺數(shù)據(jù),最后兩數(shù)相加。游標(biāo)卡尺讀數(shù)不估讀。(3)不要把游標(biāo)尺的邊緣當(dāng)成零刻度,而把主尺的刻度讀錯。(4)螺旋測微器讀數(shù)時,要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出;要準(zhǔn)確到0.01 mm,估讀到0.001 mm,即結(jié)果若以mm為單位,則小數(shù)點后必須保留三位數(shù)字。
1.(2021河南洛陽高三三模)在練習(xí)使用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的實驗中,測量一枚1元硬幣的直徑和厚度,如圖a所示。
(1)用游標(biāo)卡尺測量其直徑,如圖b所示,直徑是　　　　　 mm;?(2)用螺旋測微器測量其厚度,如圖c所示,厚度是　　　　　 mm。?
答案 (1)25.00　(2)1.850解析 (1)用游標(biāo)卡尺測量其直徑是25 mm+0.05 mm×0=25.00 mm;(2)用螺旋測微器測量其厚度是1.5 mm+0.01 mm×35.0=1.850 mm。
2.(2021山東高三模擬,命題點1、2、3)(1)一同學(xué)用一游標(biāo)尺上標(biāo)有20等分刻度的游標(biāo)卡尺測一物體的長度。測得的結(jié)果如圖甲所示,則該物體的長度L=　　　　　 mm。?(2)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑,從圖乙中讀出金屬絲的直徑為　　　　　 mm。?
(3)如圖丙,一伏特表接0~15 V量程,讀數(shù)為　　　　 V。?(4)如圖丁,一安培表接0~0.6 A量程,讀數(shù)為　A。?
答案 (1)20.25　(2)0.520　(3)10.7(或10.8)(4)0.16解析 (1)20分度的游標(biāo)卡尺精確度為0.05 mm,則物體的長度為L=20 mm+5×0.05 mm=20.25 mm(2)金屬絲的直徑為d=0.5 mm+2.0×0.01 mm=0.520 mm(3)接0~15 V量程時,每小格表示0.5 V,讀數(shù)為10.7 V(4)接0~0.6 A量程時,每小格表示0.02 A,讀數(shù)為0.16 A
1.實驗器材的選擇(1)電源的選擇:一般根據(jù)待測電阻的額定電流或額定電壓選擇符合需要的直流電源。(2)電表的選擇:一般根據(jù)電源的電動勢或待測用電器的額定電壓選擇電壓表;根據(jù)待測電流的最大電流選擇電流表;電表的指針擺動的幅度較大,一般應(yīng)使指針能達到半偏。
2.電流表內(nèi)接法與外接法的比較
　特例:已知電流表內(nèi)阻用內(nèi)接法;已知電壓表內(nèi)阻用外接法
3.內(nèi)接法與外接法的判斷(1)比值判斷法
(3)試觸判斷法當(dāng)無法估計電阻的阻值,難以比較 的大小時,可采用電壓表試觸法看電流表、電壓表變化大小來確定,若電流表示數(shù)比電壓表示數(shù)變化明顯,說明外接時電壓表分流作用大,應(yīng)采用內(nèi)接法;若電壓表示數(shù)比電流表示數(shù)變化明顯,說明內(nèi)接時電流表的分壓作用大,應(yīng)采用外接法。
4.分壓電路與限流電路的選擇(1)從節(jié)能的角度考慮,優(yōu)先選用限流式。(2)以下三種情況必須用分壓式:①要求待測電路的U、I從0變化;②R滑?Rx;③選用限流式時Ux、Ix過大(超過電流表量程,燒壞電表、電源或用電器等)。
[典例1](2021山東高三三模,命題點3)某實驗小組測定R的電阻,除了歐姆表外實驗室還提供如下器材:電流表A電池組E:電動勢4.5 V,內(nèi)阻不計電壓表V:量程3 V,內(nèi)阻約為5 kΩ滑動變阻器R0:阻值范圍0~5 Ω,額定電流2 A開關(guān)S、導(dǎo)線若干
(1)先選用歐姆表“×1”擋進行粗測,正確操作后表盤指針如圖所示,則該電阻的測量值為　　　　　 Ω;?
(2)電流表A有20 mA和100 mA兩個量程,接線柱A為公共端,電路原理如圖,已知表頭G的滿偏電流為Ig=1 mA,內(nèi)阻rg=190 Ω,R1=2 Ω,R2=8 Ω,本實驗中應(yīng)將A和接線柱　　　　　(選填“1”或“2”)接入電路。?
(3)實驗小組想提高電阻測量的準(zhǔn)確度,采用伏安法進行測量,實驗要求盡可能多的測量數(shù)據(jù),請你根據(jù)所提供的器材在方框內(nèi)畫出電路圖。(4)連接實物圖,閉合開關(guān)調(diào)節(jié)滑動變阻器得到多組U-I數(shù)據(jù),測量數(shù)據(jù)作出U-I圖象如圖所示,則電阻R=　　　　　 Ω(保留3位有效數(shù)字)。?
答案 (1)30　(2)1　(3)見解析圖　(4)28.3(27.7~29.0)解析 本題考查點涉及分壓電路與限流電路的選擇、電流表內(nèi)外接問題、伏安法測量、歐姆表的使用等問題。(1)歐姆表用“×1”擋進行測量,讀數(shù)為30 Ω。(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,選用接線柱1時,電流表的最大測量值為100 mA,選用接線柱2時,電流表的最大測量值為20 mA。提供的電壓表最大量程為3 V,待測電阻阻值約為30 Ω,故應(yīng)選用接線柱1。
(3)由于電流表的內(nèi)阻已知,電流表選用內(nèi)接法,要測量多組數(shù)據(jù)并且滑動變阻器阻值太小,應(yīng)選用分壓式接法,電路圖如圖所示(4)由圖象得RA+R=30.3 Ω電流表內(nèi)阻RA=2 Ω可得待測電阻阻值R=28.3 Ω。
3.(2021山東聊城高三一模,命題點1)某同學(xué)用如圖甲所示的電路測量一段總阻值約為10 Ω的均勻電阻絲的電阻率ρ。在刻度尺兩端的接線柱a和b之間接入該電阻絲,金屬夾P夾在電阻絲上,沿電阻絲移動金屬夾,從而可改變接入電路的電阻絲長度。實驗提供的器材有:
電池組E(電動勢為3.0 V,內(nèi)阻約1 Ω)電流表A1(量程0~0.6 A)電流表A2(量程0~100 mA)電阻箱R(0~99.99 Ω)開關(guān)、導(dǎo)線若干實驗操作步驟如下:①用螺旋測微器測出電阻絲的直徑D;②根據(jù)所提供的實驗器材,設(shè)計如圖甲所示的實驗電路;③調(diào)節(jié)電阻箱使其接入電路中的電阻值最大,將金屬夾夾在電阻絲某位置上;
④閉合開關(guān),調(diào)整電阻箱接入電路中的電阻值,使電流表滿偏,記錄電阻箱的電阻值R和接入電路的電阻絲長度L;⑤改變P的位置,調(diào)整　　　　　,使電流表再次滿偏;?⑥重復(fù)多次,記錄每一次的R和L數(shù)據(jù)。
(1)電流表應(yīng)選擇　　　　　(選填“A1”或“A2”);?(2)步驟⑤中應(yīng)完善的內(nèi)容是　　　　　　　　　　　;?(3)用記錄的多組R和L的數(shù)據(jù),繪出了如圖乙所示的圖線,截距分別為r和l,則電阻絲的電阻率表達式ρ=　　　　　(用給定的字母表示);?(4)電流表的內(nèi)阻對本實驗結(jié)果　　　　　(選填“有”或“無”)影響。?
(2)改變P的位置,調(diào)整電阻箱R的阻值,使電流表再次滿偏;
方法點撥明確測量原理R=R0- L——寫出電阻箱電阻與電阻絲長度的關(guān)系,是正確解答的關(guān)鍵。
4.(2021山東菏澤高三一模,命題點4)一塊電壓表的刻度線清楚,但刻度上的數(shù)字模糊不清。某同學(xué)為了測定該電壓表的內(nèi)阻,除了待測電壓表之外,實驗室提供的器材如下:A.電流表(量程為1 mA)B.變阻箱R0(0~9 999.9 Ω)C.滑動變阻器R1(最大阻值為20 Ω,額定電流為1 A)D.滑動變阻器R2(最大阻值為500 Ω,額定電流為0.5 mA)E.電源(電動勢為9 V,內(nèi)阻約為1 Ω)F.開關(guān)一個,導(dǎo)線若干
(1)采用如圖甲所示的實驗電路,選用的滑動變阻器為　　　　　(選填“R1”或“R2”)。?
(2)連接好實驗電路,在閉合開關(guān)S前將滑動變阻器的滑片調(diào)到　　　　(選填“a”或“b”)端,電阻箱的阻值調(diào)到最大,閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動變阻器和電阻箱。使電壓表指針滿偏,記錄電流表的讀數(shù)I和電阻箱的阻值R。?(3)保持電壓表的指針滿偏,調(diào)節(jié)滑動變阻器、電阻箱的阻值,記錄多組實驗數(shù)據(jù),繪出的I- 圖象如圖乙所示。則該電壓表的量程為　　　　　,內(nèi)阻為　　　　　。?
答案 (1)R1　(2)a　(3)3 V　6 Kω
解析 (1)采用如圖甲所示的實驗電路,滑動變阻器接成分壓電路,則選用的滑動變阻器為阻值較小的R1;(2)連接好實驗電路,在閉合開關(guān)S前將滑動變阻器的滑片調(diào)到a端;
方法技巧1.滑動變阻器的選擇:(1)用分壓式接法時,應(yīng)選用最大阻值較小、額定電流較大的滑動變阻器。(2)用限流式接法時,應(yīng)選用最大阻值和被測電阻阻值接近的滑動變阻器。2.寫出電流I與電阻箱電阻倒數(shù)的函數(shù)關(guān)系—— 明確原理,正確處理數(shù)據(jù)。
5.(2021山東濰坊高三一模,命題點1)某同學(xué)為測量電阻Rx的阻值,進行了如下實驗。(1)用多用電表歐姆擋粗測Rx的阻值。選擇“×10”擋,正確操作后表盤指針指示如圖甲所示,則示數(shù)為　Ω;?
(2)為精確測量Rx的阻值,該同學(xué)設(shè)計了如圖乙所示的電路,現(xiàn)有器材如下:A.兩節(jié)干電池、開關(guān)和若干導(dǎo)線B.電壓表(0~3 V,內(nèi)阻約6 kΩ)C.電流表(0~50 mA,內(nèi)阻約2 Ω)D.電流表(0~200 mA,內(nèi)阻約0.1 Ω)E.滑動變阻器(0~20 Ω,額定電流為0.5 A)
①電流表應(yīng)選　　　　　;(填器材對應(yīng)的字母)?②請將圖乙中連線補充完整;③為保護電路,閉合開關(guān)前,滑片P應(yīng)調(diào)至　　　　(選填“左端”或“右端”),閉合開關(guān)后,調(diào)節(jié)滑片P,電壓表和電流表均有示數(shù)但總是調(diào)不到零,其原因是導(dǎo)線　　　　　斷路(選填“a”“b”“c”或“d”)。?
答案 (1)60　(2)①C?、谝娊馕鰣D?、圩蠖恕
解析 (1)由表盤讀出指針示數(shù)為6,又擋位選擇“×10”擋,故電阻的大小為Rx=6×10 Ω=60 Ω
故電流表外接,則可連電路為
③為保護電路,閉合開關(guān)前,滑片P應(yīng)調(diào)至左端;閉合開關(guān)后,調(diào)節(jié)滑片P,電壓表和電流表均有示數(shù)但總是調(diào)不到零,其原因是導(dǎo)線c斷路。
方法技巧若待測元件標(biāo)明了額定電壓、額定電流或額定功率,可根據(jù)額定電壓確定電壓表量程,根據(jù)額定電流確定電流表量程;若待測元件只標(biāo)出了電阻的大約值(或粗測值),則可根據(jù)電源電動勢確定電壓表量程,再計算出電路中允許的最大電流,以此選擇電流表的量程。
6.(2021浙江卷)小李在實驗室測量一電阻Rx的阻值。(1)因電表內(nèi)阻未知,用如圖1所示的電路來判定電流表該內(nèi)接還是外接。正確連線后,合上開關(guān)S,將滑動變阻器的滑片P移至合適位置。單刀雙擲開關(guān)K擲到1,電壓表的讀數(shù)U1=1.65 V,電流表的示數(shù)如圖2所示,其讀數(shù)I1=　　　　　A;將K擲到2,電壓表和電流表的讀數(shù)分別為U2=1.75 V,I1=0.33 A。由此可知應(yīng)采用電流表　　　　(選填“內(nèi)”或“外”)接法。?
(2)完成上述實驗后,小李進一步嘗試用其他方法進行實驗:①器材間連線如圖3所示,請在虛線框中畫出對應(yīng)的電路圖;
②先將單刀雙擲開關(guān)擲到左邊,記錄電流表讀數(shù),再將單刀雙擲開關(guān)擲到右邊,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值,使電流表的讀數(shù)與前一次盡量相同,電阻箱的示數(shù)如圖3所示。則待測電阻Rx=　　　　　 Ω。此方法　　　　　(選填“有”或“無”)明顯的實驗誤差,其理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
答案 (1)0.34　外　(2)①見解析圖?、?　有電阻箱的最小分度與待測電阻比較接近(或其他合理解釋)
由此可知電壓表的示數(shù)變化更明顯,說明電流表的分壓更嚴(yán)重,因此不能讓電流表分壓,應(yīng)采用外接法。
可得Rx=R0可得Rx=5 Ω電阻箱的最小分度和待測電阻阻值接近,這樣測得的阻值不夠精確,如待測電阻阻值為5.4 Ω,則實驗只能測得其為Rx=5 Ω,誤差較大。
方法技巧注意等效法應(yīng)用和測電阻誤差產(chǎn)生原因的分析。
1.三種電表改裝方法
2.歐姆表使用“六點注意”(1)電流的流向:使用歐姆擋時,多用電表內(nèi)部電池的正極接黑表筆,負極接紅表筆,從電源外部看,電流從紅表筆流入,從黑表筆流出。(2)區(qū)分“機械調(diào)零”和“歐姆調(diào)零”:“機械調(diào)零”至表盤刻度左側(cè)“0”位置,調(diào)節(jié)表盤下邊的指針定位螺絲;“歐姆調(diào)零”至表盤刻度的右側(cè)電阻刻度“0”位置,調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕。(3)倍率選擇:使用歐姆擋測電阻時,表頭指針過大或過小均有較大誤差,指針偏轉(zhuǎn)角度在
(4)換擋需重新進行歐姆調(diào)零。(5)讀數(shù)之后要乘以倍率得阻值。(6)電池用久了,電動勢變小,內(nèi)阻變大,使測量結(jié)果偏大。
[典例2](2021山東德州高三一模,命題點2、3)指針式多用電表是實驗室中常用的測量儀器。請回答下列問題。
(1)使用多用電表粗測電阻時,將選擇開關(guān)撥至歐姆擋“×10”擋,經(jīng)正確操作后,指針指在圖甲中的a位置,為了使多用電表測量的結(jié)果更準(zhǔn)確,該同學(xué)應(yīng)該選擇歐姆擋　　　　　擋(選填“×1”或“×100”);若經(jīng)過正確操作,將兩表筆接待測電阻兩端時,指針指在圖甲中的b位置,則待測電阻約為　　　　　 Ω。?
(2)圖乙是該多用電表歐姆擋內(nèi)部電路示意圖,選擇“×1 k”擋測量某二極管的阻值,指針指在圖甲中的c位置,則與A表筆相連的是二極管的　　　(選填“正極”或“負極”)。?
(3)該歐姆表的刻度值是按電池電動勢為1.5 V,內(nèi)阻為1 Ω進行標(biāo)度的,若該歐姆表中的表頭G滿偏電流為1 mA、內(nèi)阻為10 Ω,變阻器R0的阻值范圍為0~3 000 Ω,由于電池老化,電池電動勢下降到1.4 V、內(nèi)阻增大到5 Ω,此時歐姆表仍可調(diào)零,則調(diào)零后R0接入電路的電阻將變　　　　　(選填“大”或“小”),若用重新調(diào)零后的此歐姆表測得某待測電阻阻值為900 Ω,則這個待測電阻的真實阻值為　　　　　 Ω。?
答案 (1)×1　20　(2)正極　(3)小　840
解析 (1)選擇開關(guān)撥至歐姆擋“×10”擋,由圖甲a位置所示可知,指針偏角很大,說明電阻值偏小,這樣倍率擋選擇較大,則為了使多用電表測量的結(jié)果更準(zhǔn)確,該同學(xué)應(yīng)該選擇歐姆擋“×1”擋,待測電阻為20×1 Ω=20 Ω;(2)該歐姆表的兩只表筆中,B表筆內(nèi)部接電源的正極,在外部電路,電路從B表筆到二極管再到A表筆,指針指在圖甲中的c位置,電阻特別大,相當(dāng)于斷路,則二極管是反向接入電路,則B表筆接二極管負極,A表筆接二極管正極;
解得對應(yīng)的電阻R'=840 Ω
方法點撥1.通過對本題及近幾年的高考實驗試題的研究發(fā)現(xiàn),高考電學(xué)實驗試題有兩個顯著的特點:第一,基于教材中的電學(xué)實驗,著重考查實驗原理、實驗步驟、誤差分析;第二,重視實驗原理的拓展與創(chuàng)新、實驗器材的等效與替換、為消除誤差進行的創(chuàng)新以及與新型材料及傳感器結(jié)合的創(chuàng)新。2.本題第(3)問中,根據(jù)閉合電路歐姆定律確定當(dāng)電動勢變小時,中值電阻(歐姆表內(nèi)阻)也變小,然后根據(jù)電流相等求對應(yīng)真實值。
7.(2021山東泰安高三一模,命題點1)現(xiàn)有一小量程電流表G(表頭),滿偏電流為30 μA,內(nèi)阻約為1 000 Ω,把它改裝成1 mA、10 mA的兩量程電流表。
(1)采用如圖甲所示電路測量表頭的內(nèi)阻,為提高測量精確度,選用的滑動變阻器為　　　　　,電源　　　　　(填選項字母代號)。?A.滑動變阻器,最大阻值50 kΩB.滑動變阻器,最大阻值150 kΩC.電源1.5 VD.電源3 V
(2)測量電流表表頭的內(nèi)阻時,閉合S1,斷開S2,調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表指針指在30 μA處;閉合S2,調(diào)節(jié)電阻箱使電流表指針指在10 μA處,此時電阻箱讀數(shù)為502 Ω,則電流表表頭的內(nèi)阻為　　　　　 Ω,測量值比實際值　　　　　(選填“偏大”或“偏小”)。?(3)如圖乙所示,若將電流表G改裝成1 mA、10 mA的兩量程電流表,則Ra∶Rb=　　　　　。?
答案 (1)B　D　(2)1 004　偏小　(3)1∶9
從上述原理可知,S2打開與閉合,近似認為干路中電流不變,前提是R?Rg,故實驗器材選擇應(yīng)滿足①電源電動勢盡可能大,②R盡可能大。所以,滑動變阻器選最大阻值較大的B,電源選用電動勢較大的D。(2)閉合S2時,R2與電流表G并聯(lián),由實驗原理可知并聯(lián)電路的總電流是30 μA,通過電流表電流是10 μA,則通過R2的電流是20 μA,此時電阻箱讀數(shù)為502 Ω,由并聯(lián)電路中電流與電阻成反比可知,電流表表頭的內(nèi)阻為1 004 Ω。本實驗在并聯(lián)電阻箱時,總電阻減小,則總電流偏大,故測量值比實際值偏小。
易錯點撥本題應(yīng)用“半偏法”測量電流表內(nèi)阻,要弄清原理,明確系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因。
8.(2021山東聊城高三一模,命題點2、3)多用電表是實驗室中常備的儀器,用它的歐姆擋測電阻方便簡單,現(xiàn)某實驗小組對多用電表的歐姆擋進行了以下研究。(1)使用多用電表歐姆擋測電阻時,下列說法正確的是　　　　　;?A.測量電路中某個電阻的阻值時,應(yīng)該把該電阻與電路斷開B.測量電阻時,如果雙手手指與兩表筆金屬部分接觸,會導(dǎo)致測量值偏大C.測電阻時,若指針偏轉(zhuǎn)角度較小,則應(yīng)更換較大的倍率,重新調(diào)零后,再進行測量D.多用電表長期使用后電池電動勢會變小,在仍能歐姆調(diào)零的情況下,會導(dǎo)致測量值偏小
(2)多用電表歐姆擋電路可以等效為一個直流電源、一個可變電阻和一個電流表串聯(lián)后與紅、黑表筆相接?，F(xiàn)有一個歐姆擋刻度盤中值附近刻度模糊不清的多用電表,某同學(xué)想通過實驗的方法測量該多用電表的歐姆“×1”擋刻度盤中值刻度對應(yīng)的阻值。實驗器材:待測多用電表,電壓表V(量程6 V,內(nèi)阻十幾千歐),電阻箱R,導(dǎo)線若干。①在圖甲所給的器材上已完成部分連線,請你補充完整連線。
②該同學(xué)利用實驗中得到的數(shù)據(jù)以 為縱坐標(biāo), 為橫坐標(biāo),作出圖乙所示的圖象,該圖象對應(yīng)的函數(shù)表達式是　　　　　(表達式須用歐姆擋電源電動勢E、“×1”擋刻度盤中值刻度對應(yīng)的電阻r表示)。由圖象可求得該多用電表的歐姆“×1”擋刻度盤中值刻度對應(yīng)的阻值為　　　　　 Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。?
解析 (1)使用多用電表歐姆擋測電阻時,是通過表內(nèi)的電源對電阻供電,通過測量通過電阻的電流來間接測量其阻值的,所以測量電路中某個電阻的阻值時,應(yīng)該把該電阻與電路斷開,否則會造成實驗結(jié)果錯誤,并有可能使歐姆表被燒壞,故A正確;測量電阻時,如果雙手手指與兩表筆金屬部分接觸,相當(dāng)于在被測電阻兩端并聯(lián)了一個電阻,從而會導(dǎo)致測量值偏小,故B錯誤;測電阻時,若指針偏轉(zhuǎn)角度較小,則應(yīng)更換較大的倍率,重新調(diào)零后,再進行測量,故C正確;設(shè)多用電表電池電動勢為E,歐姆擋內(nèi)阻為r,則電池電動勢未減小時進行歐姆調(diào)零,回路中的電流為
(2)①本實驗是用電壓表和電阻箱測量多用電表歐姆擋內(nèi)阻,電壓表用于測量外電壓,需要并聯(lián)在電阻箱兩端。無論是多用電表還是電壓表,電流都是從負接線柱流出,從正接線柱流入。實物連線如圖所示。
方法點撥要注意縱軸截距和斜率表示什么,要利用閉合電路的歐姆定律導(dǎo)出其函數(shù)關(guān)系。
9.(2021山東濟南高三二模,命題點2、3)某物理興趣小組在研究歐姆表的使用和工作原理時,找到表盤數(shù)字顯示不清的一塊表,只有中值電阻可看清,其他看不清楚,如圖甲所示。圖乙是歐姆表的電路結(jié)構(gòu)圖;已知電源的電動勢為E=3 V,內(nèi)阻為r=3 Ω,電流計的內(nèi)阻為Rg=4 Ω。
(1)同學(xué)們首先將旋鈕旋至歐姆擋的“×1”擋。(2)他們通過測量找出了刻度盤上的另外兩個四等分點,A是中值電阻和無窮大的中點,B是0和中值電阻的中點,并通過歐姆表的原理在A、B兩點標(biāo)注了對應(yīng)的刻度,那么A處的示數(shù)應(yīng)該是　　　　　 Ω,B處的示數(shù)應(yīng)該是　　　　　 Ω。?(3)該歐姆表使用一段時間后,電池的電動勢會變小、內(nèi)阻變大;若電源的電動勢大小變?yōu)镋=2.8 V,內(nèi)阻變?yōu)閞=6 Ω,此表仍能歐姆調(diào)零,調(diào)零時變阻器R0接入電路中的電阻阻值應(yīng)為　　　　　 Ω,調(diào)零后,用該歐姆表測量待測電阻Rx的阻值,指針恰好指在A處,則該電阻的實際阻值是　 　 Ω。?
答案 (2)45　5　(3)4　42
(3)若電源電動勢大小變?yōu)?.8 V,內(nèi)阻為6 Ω,此表仍能歐姆調(diào)零,則歐姆表
故調(diào)零時變阻器接入電路中的阻值應(yīng)為R0=R內(nèi)'-r-Rg=4 Ω調(diào)零后,用該歐姆表測量待測電阻Rx的阻值,指針恰好指在A處,則該電阻的實際值是
特別提醒本實驗要特別注意實驗數(shù)據(jù)的處理方法,弄清“化曲為直”圖線的意義。
[典例3](2021山東濟南高三二模,命題點2)小明同學(xué)想通過實驗來驗證水果電池的可用性,他把銅片和鋅片相隔約1 cm插入一個蘋果中,制成一個水果電池,并采用如圖甲所示的電路測量該水果電池的電動勢和內(nèi)阻。小明同學(xué)查閱資料后得知,水果電池的電動勢約為1 V,內(nèi)阻約為1 000 Ω,電流表量程為3 mA,內(nèi)阻忽略不計。
(1)實驗室的電阻箱有兩種規(guī)格:電阻箱R1(0~99.9 Ω)、電阻箱R2(0~999.9 Ω),圖甲中的電阻箱R應(yīng)選用　　　　　(選填“R1”或“R2”);?(2)閉合開關(guān)S,改變電阻箱R的阻值,并記錄對應(yīng)的電流表的示數(shù),其中某次電流表的示數(shù)如圖乙所示,則電流表的示數(shù)為　　　　　mA;?(3)利用電阻箱的阻值R與相應(yīng)的電流表的示數(shù)I,作出R- 圖象,如圖丙所示。根據(jù)圖象可得,水果電池的電動勢為　　　　　 V,內(nèi)阻為　　　　　 Ω;(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)?
(4)若電流表的內(nèi)阻不能忽略,則水果電池內(nèi)阻的測量值　　　　　真實值(選填“大于”“小于”或“等于”)。?
答案 (1)R2　(2)1.00　(3)1.1　1.1×103　(4)大于
解析 (1)電源內(nèi)阻是1 000 Ω,故選用R2,電流表示數(shù)才會有明顯變化;(2)電流表的精度為0.1 mA,向后估讀一位,故讀數(shù)為1.00 mA;
方法點撥1.掌握測量電源電動勢和內(nèi)阻的三種常用方法,一定要緊扣閉合電路歐姆定律E=U+Ir,而最關(guān)鍵的是看電路中如何測量出路端電壓U和電路中的總電流I。
2.在數(shù)據(jù)處理問題中,利用圖象得出電動勢和內(nèi)阻是常見的方法—— 注意“化曲為直”。
10.(2021廣東湛江高三一模,命題點2、3)某物理興趣小組欲利用圖甲所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻。提供的實驗器材有:A.電源E(電動勢約為6 V,內(nèi)阻約為5 Ω)B.電壓表V(量程為6 V,內(nèi)阻約為6 kΩ)C.電流表A1(量程為100 mA,內(nèi)阻約為2.5 Ω)D.電流表A2(量程為1 mA,內(nèi)阻約為30 Ω)E.電阻箱R(最大阻值為999.9 Ω,最小改變值為0.1 Ω)F.開關(guān)S,導(dǎo)線若干
(1)電流表應(yīng)選用　　　　　(選填“C”或“D”)。?(2)主要實驗步驟如下,請完成步驟②中的填空:①斷開開關(guān)S,拆下電流表,將N與P用導(dǎo)線直接相連,閉合S,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值,使電壓表指針指向中間某一刻度,此時電阻箱的阻值為159.1 Ω;②斷開S,拆下M與N之間的導(dǎo)線,電流表接到M、N之間,閉合S,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值,使電壓表指針指向同一刻度,此時電阻箱的阻值為156.4 Ω,則電流表的內(nèi)阻RA=　　　　　 Ω;?③斷開S,拆下電流表,將M與N用導(dǎo)線直接相連,N與P之間的導(dǎo)線拆下,將電流表接回N、P之間;
④閉合S,調(diào)節(jié)電阻箱,記下電阻箱的阻值R,電壓表的示數(shù)U1,電流表的示數(shù)I1,再改變電阻箱的阻值,獲得多組數(shù)據(jù)。
(3)張同學(xué)根據(jù)電壓表的示數(shù)和對應(yīng)電流表的示數(shù)作出的U-I圖線如圖乙所示,若圖線在縱軸上的截距為a、圖線斜率的絕對值為k1,則張同學(xué)測得電源的電動勢為　　　　　、內(nèi)阻為　　　　　(電流表的內(nèi)阻用RA表示)。?(4)李同學(xué)根據(jù)電阻箱的阻值和對應(yīng)電壓表的示數(shù)作出的 圖線如圖丙所示,若圖線在縱軸上的截距為b、圖線的斜率為k2,則李同學(xué)測得電源的電動勢為　　　　　、內(nèi)阻為　　　　　(電流表的內(nèi)阻用RA表示)。?
解析 (1)若電流表選用量程為1 mA的A2。則通過A2的最小電流約為
超過了A2的量程。(2)由于電壓表指針指向同一刻度,故有RA+156.4 Ω=159.1 Ω解得RA=2.7 Ω。
(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律有E=U+I(RA+r)變形得U=-(RA+r)I+E結(jié)合題圖乙解得E=a,r=k1-RA。
方法點撥本題將“伏安法”和“伏阻法”結(jié)合考查,對于“伏阻法”要弄清數(shù)據(jù)的處理方法。
11.(2021天津河西區(qū)一模,命題點1)某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的電路測量電池的電動勢和內(nèi)阻。其中電流表A1的內(nèi)阻r1=1.0 kΩ,電阻R1=9.0 kΩ,為了方便讀數(shù)和作圖,給電池串聯(lián)一個R0=3.0 Ω的電阻。
(1)按圖示電路進行連接后,發(fā)現(xiàn)aa'、bb'和cc'三條導(dǎo)線中,混進了一條內(nèi)部斷開的導(dǎo)線。為了確定哪一條導(dǎo)線內(nèi)部是斷開的,將開關(guān)S閉合,用多用電表的電壓擋先測量a、b'間電壓,讀數(shù)不為零,再測量a、a'間電壓,若讀數(shù)不為零,則一定是　　　　　導(dǎo)線斷開;若讀數(shù)為零,則一定是　　　　　導(dǎo)線斷開。?(2)排除故障后,該小組順利完成實驗。通過多次改變滑動變阻器觸頭位置,得到電流表A1和A2的多組I1、I2數(shù)據(jù),作出圖象如圖。由I1-I2圖象得到電池的電動勢E=　　　　　 V,內(nèi)阻r=　　　　　 Ω。?
答案 (1)aa'　bb'　(2)1.41(1.36~1.44均可)　0.5(0.4~0.6均可)
解析 (1)將電壓表接在ab'間后有示數(shù),說明電路被接通,即ab'間有斷路故障,再測量aa'間電壓,電壓表讀數(shù)不為零,說明斷路故障的范圍被縮小到aa'間,則一定是aa'導(dǎo)線斷開;若讀數(shù)為零,則說明電路仍未被接通,斷路故障的范圍被確定在bb'間。(2)根據(jù)閉合電路的歐姆定律有E=I1(R1+r1)+(I1+I2)(R0+r),又I1?I2,上式可簡化為E=I1(R1+r1)+I2(R0+r),讀出兩點坐標(biāo):(60,0.12)和(260,0.05),代入方程解得電動勢E=1.41 V,內(nèi)阻r=0.5 Ω。
規(guī)律總結(jié)1.該題利用電流表改裝的電壓表,應(yīng)用伏安法測量電動勢和內(nèi)電阻。2.要注意縱軸截距和斜率表示什么,要利用閉合電路的歐姆定律導(dǎo)出其函數(shù)關(guān)系。
12.(2021廣東梅州高三一模,命題點1)如圖甲所示是某同學(xué)設(shè)計的測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗電路圖,圖中電壓表V的量程為3 V,虛線框內(nèi)為用靈敏電流計G改裝的電流表(解決靈敏電流計G量程不夠的問題),根據(jù)實驗要求,完成下列問題:
(1)已知電流計G的滿偏電流Ig=200 mA、內(nèi)阻Rg=0.80 Ω,電路中已將它改裝為最大量程600 mA的電流表,則R1=　　　　　 Ω。?(2)通過移動變阻器R的滑片,得到多組電壓表V的讀數(shù)U和電流計G的讀數(shù)I,作出如圖乙的圖象,某次測量時,電壓表示數(shù)如圖丙所示,則讀數(shù)為　　　　　V,此時對應(yīng)通過電源的電流為　　　　　 mA。?(3)請根據(jù)圖乙求出電源的電動勢E等于　　　　 V,電源內(nèi)阻等于　　　　　 Ω(結(jié)果均保留到小數(shù)點后兩位)。?(4)從測量原理來看,利用圖甲所示的電路所得的電動勢測量值與真實值相比　　　　　(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。?
答案 (1)0.40　(2)2.60　300　(3)2.93(2.91~2.94)　0.84(0.82~0.86)　(4)相等
整理得U=E-I(Rg+3r)則圖象縱軸截距為電動勢E=2.93 V斜率為Rg+3r=3.31 Ω解得電源內(nèi)阻為r=0.84 Ω(4)由于電流計G內(nèi)阻已知,故電壓表分流不會對實驗造成誤差,故測量值等于真實值,故選填相等。
易錯提醒本題利用改裝后的電流表測量流過電源的電流,由于其內(nèi)阻已知,故沒有系統(tǒng)誤差。
電學(xué)創(chuàng)新類實驗綜合分析
同力學(xué)實驗一樣,高考對電學(xué)實驗的考查,考原始實驗的題目很少,大都是創(chuàng)新類電學(xué)實驗題。這類問題,要通過審題,弄清屬于什么類型的創(chuàng)新,然后再結(jié)合已有的電學(xué)知識(如串并聯(lián)關(guān)系、閉合電路歐姆定律等)和實驗方法進行推理,找到突破方向。
(2021山東煙臺三模)感冒發(fā)熱是冬春季節(jié)常見的疾病,用電子體溫計測量體溫既方便又安全。電子體溫計的工作原理是利用熱敏電阻的阻值隨溫度的變化將溫度轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。某實驗小組想利用熱敏電阻制作一個熱敏電阻測溫計。(1)實驗小組用多用電表歐姆擋粗測常溫下該熱敏電阻阻值,以下說法正確的是　　　　　。?A.使用多用電表每次調(diào)換擋位后都要進行機械調(diào)零B.用“×100”擋發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度很大,為了準(zhǔn)確地進行測量,應(yīng)換到“×10”擋C.換擋后需要重新進行歐姆調(diào)零再進行測量D.使用多用電表測電阻阻值時,應(yīng)該把被測電阻接入閉合電路中進行測量
(2)該實驗小組用伏安法測熱敏電阻在不同溫度下的電阻時,得到圖甲所示的電阻阻值RT與溫度t的關(guān)系圖象。
(3)若把該熱敏電阻RT與電源(電動勢E約為1.5 V,內(nèi)阻不計)、理想電壓表(量程為1.5 V)、保護電阻R0、電壓反饋電阻R1連成如圖乙所示的電路,用該熱敏電阻作測溫探頭,把電壓表的電壓刻度改為相應(yīng)的溫度刻度,就得到了一個簡單的“熱敏電阻測溫計”。
①根據(jù)電路可知,溫度越高,則電壓表示數(shù)　　　　　(選填“越大”“越小”或“不變”),根據(jù)已知原理刻盤時盤上溫度是　　　　　(選填“均勻”或“不均勻”)的。?②若保護電阻的阻值R0=76 Ω,要使溫度從35°變化到42°時,電壓表的示數(shù)從0.36 V變化到0.42 V,則電壓反饋電阻R1=　　　　　 Ω。?③如果電源用久后電動勢不變而內(nèi)阻需要考慮,則此時測量的溫度比真實值　　　　?(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。?
答案 (1)BC　(3)①越大　不均勻?、?4?、燮?
解析 該題屬于實驗原理的創(chuàng)新——電路的設(shè)計類實驗題。要從題目給出的電路原理圖入手分析。(1)使用多用電表每次調(diào)換擋位后,都需要進行歐姆調(diào)零,而機械調(diào)零僅在第一次使用過程中調(diào)節(jié)一次,A錯誤,C正確;歐姆表所測電阻的阻值由表盤讀數(shù)與擋位倍率的乘積決定,用“×100”擋發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度很大,即表盤示數(shù)較小,需要換用小倍率“×10”的擋位,B正確;使用多用電表測電阻阻值時,應(yīng)該把被測電阻與原來電路斷開進行測量,D錯誤;故選BC。
①②聯(lián)立解得R1=74 Ω如果電源用久后電動勢不變而內(nèi)阻需要考慮,則電路中電阻變大,測量的溫度比真實值偏小。
方法點撥解決電學(xué)創(chuàng)新實驗的“2注意3方法”1.對于電學(xué)實驗的創(chuàng)新,應(yīng)注意的2個問題(1)在解決設(shè)計型實驗時,要注意條件的充分利用,如對于給定確切阻值的電壓表和電流表,電壓表可當(dāng)作電流表使用,電流表也可當(dāng)作電壓表使用,利用這一特點,可以拓展伏安法測電阻的方法,如伏伏法、安安法等。(2)對一些特殊電阻的測量,如電流表或電壓表內(nèi)阻的測量,電路設(shè)計有其特殊性,即首先要注意到其自身量程對電路的影響,其次要充分利用其“自報電流或自報電壓”的功能,因此在測電壓表內(nèi)阻時無需另并聯(lián)電壓表,測電流表內(nèi)阻時無需再串聯(lián)電流表。
2.解決電學(xué)創(chuàng)新實驗常用的3種方法(1)轉(zhuǎn)換法:將不易測量的物理量轉(zhuǎn)換成可以(或易于)測量的物理量進行測量,然后再反求待測物理量的值,這種方法叫轉(zhuǎn)換測量法(簡稱轉(zhuǎn)換法)。如在測量金屬絲電阻率的實驗中,雖然無法直接測量電阻率,但可通過測量金屬絲的長度和直徑,并將金屬絲接入電路測出其電阻,然后再計算出它的電阻率。(2)替代法:用一個標(biāo)準(zhǔn)的已知量替代被測量,通過調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量,使整個測量系統(tǒng)恢復(fù)到替代前的狀態(tài),則被測量等于標(biāo)準(zhǔn)量。(3)控制變量法:研究一個物理量與其他幾個物理量的關(guān)系時,要使其中的一個或幾個物理量不變,分別研究這個物理量與其他各物理量的關(guān)系,然后再歸納總結(jié),如探究電阻的決定因素實驗。
1.(2021河南高三二模)某同學(xué)設(shè)計了圖示電路測量一個定值電阻的阻值(約為幾千歐),圖中電源為兩節(jié)干電池組成的電池組。實驗步驟如下:A.按電路圖連接好電路,閉合開關(guān)S后,再閉合開關(guān)S2,調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片至適當(dāng)位置,讀出電壓表的讀數(shù)U1,電流表的讀數(shù)I1;B.再閉合開關(guān)S1,調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片至適當(dāng)位置,讀出電壓表的讀數(shù)為U2,電流表的讀數(shù)為I2。
(1)若在步驟A中,電壓表的示數(shù)如圖所示,則U1=　　　　　V。?(2)由實驗數(shù)據(jù)測出電壓表內(nèi)阻RV=　　　　　;待測電阻的阻值R=　　　　　。(用測量的物理量表示)?(3)僅考慮系統(tǒng)誤差,該實驗待測電阻阻值的測量值　　　　　(選填“大于”“等于”或“小于”)它的真實值。?
解析 (1)兩節(jié)干電池的電動勢約為3 V,所以電壓表使用的量程為3 V,因此電壓表的讀數(shù)為1.80 V。
(3)由于是用待測電阻兩端的真實電壓和通過它的真實電流計算,所以測量值與真實值相等。
2.(2021河北高三一模)土壤的干濕狀態(tài)是影響植物生長的重要指標(biāo)。某同學(xué)為了實現(xiàn)智能澆水,準(zhǔn)備設(shè)計一個簡易土壤濕度計,實驗方案如圖所示:
(1)將兩電極以合適的間距和深度插入待測土壤。使用多用電表電阻擋測量不同土壤濕度下電極間的電阻,數(shù)據(jù)如下:
(2)實驗室提供器材如下:電源E1(電動勢1.5 V,內(nèi)阻不計)電源E2(電動勢5 V,內(nèi)阻不計)電流表A(量程200 μA,內(nèi)阻約500 Ω)定值電阻R1(阻值1 kΩ)定值電阻R2(阻值20 kΩ)開關(guān)和導(dǎo)線若干為使土壤的干濕狀態(tài)在濕度計表盤上最優(yōu)顯示,應(yīng)選用電源　　　　,定值電阻　　　　。(填寫對應(yīng)的器材符號)?
(3)請按照示例在電流表表盤上標(biāo)出與土壤“濕度適中”對應(yīng)的示數(shù)范圍。
答案 (2)E2　R2　(3)見解析圖
解析 (2)若覆水狀態(tài)下使電流表滿偏,則有(5 000 Ω+R)×200×10-6 A=E根據(jù)器材,應(yīng)選電源E2,應(yīng)選電阻R2。(3)“濕度適中”對應(yīng)的最大電流為
3.(2021全國甲卷)某同學(xué)用圖(a)所示電路探究小燈泡的伏安特性,所用器材有:小燈泡(額定電壓2.5 V,額定電流0.3 A)、電壓表(量程300 mV,內(nèi)阻300 Ω)、電流表(量程300 mA,內(nèi)阻0.27 Ω)、定值電阻R0、滑動變阻器R1(阻值0~20 Ω)、電阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω)、電源E(電動勢6 V,內(nèi)阻不計)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。完成下列填空:
(1)有3個阻值分別為10 Ω、20 Ω、30 Ω的定值電阻可供選擇,為了描繪小燈泡電流在0~300 mA的U-I曲線,R0應(yīng)選取阻值為　　　　　 Ω的定值電阻;?(2)閉合開關(guān)前,滑動變阻器的滑片應(yīng)置于變阻器的　　　　　(選填“a”或“b”)端;?(3)在流過電流表的電流較小時,將電阻箱R2的阻值置零,改變滑動變阻器滑片的位置,讀取電壓表和電流表的示數(shù)U、I,結(jié)果如圖(b)所示。當(dāng)流過電流表的電流為10 mA時,小燈泡的電阻為　　　　　 Ω(保留1位有效數(shù)字);?
(4)為使得電壓表滿量程時對應(yīng)于小燈泡兩端的電壓為3 V,該同學(xué)經(jīng)計算知,應(yīng)將R2的阻值調(diào)整為　　　　　 Ω。然后調(diào)節(jié)滑動變阻器R1,測得數(shù)據(jù)如下表所示:?
(5)由圖(b)和上表可知,隨流過小燈泡電流的增加,其燈絲的電阻　　　　　(選填“增大”“減小”或“不變”);??
(6)該同學(xué)觀測到小燈泡剛開始發(fā)光時流過電流表的電流為160 mA,可得此時小燈泡電功率W1=　　　　　 W(保留2位有效數(shù)字);當(dāng)流過電流表的電流為300 mA時,小燈泡的電功率為W2,則 =　　　　　(保留至整數(shù))。
答案 (1)10　(2)a　(3)0.7　(4)2 700　(5)增大　(6)7.4×10-2　10
解析 (1)描繪小燈泡的伏安曲線,需要達到額定功率,其最大電阻為
(2)將滑片置于a端,整個電路電阻最大,待測燈泡電壓為零,這種接法最安全。
4.(2021四川高三三模)某同學(xué)想通過實驗探究一個熱敏電阻的特性。(1)為探究熱敏電阻的特性,設(shè)計了如圖甲所示的電路,R0為電阻箱,R為熱敏電阻,開關(guān)S、S1、S2先斷開,滑動變阻器的滑片移到最　　　　　(選填“左”或“右”)端。?(2)實驗時,溫控室的溫度為t0,閉合S、S1,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,使電流表有合適的示數(shù)I0,現(xiàn)斷開S1閉合S2,滑動變阻器的滑片不動,調(diào)節(jié)電阻箱R0的阻值R0=90 Ω時,電流表的示數(shù)也為I0,則此室溫的熱敏電阻值為　　　　　 Ω。多次改變溫控室的溫度,重復(fù)上述實驗過程,測得多組熱敏電阻在不同溫度t下對應(yīng)的電阻值R,作出R-t圖象,如圖乙所示,室溫t0為　　　　　 ℃。?
(3)把這個熱敏電阻接入丙圖所示的電路中,可以制作溫控報警器。已知電源電壓為9 V,內(nèi)阻r=2 Ω,R2=50 Ω;當(dāng)圖中的電流表A達到或超過0.5 A時,便觸發(fā)報警器(圖中未畫出)報警。若要求開始報警時環(huán)境溫度為80 ℃,圖中R1阻值為　　　　　 Ω(保留2位有效數(shù)字)。?
答案 (1)左　(2)90　30　(3)20
解析 (1)為保護用電器的使用安全,滑動變阻器的滑片移到最左邊,確保閉合開關(guān)瞬間,流過電表的電流為零。(2)實驗中,用電阻箱代替熱敏電阻,二者阻值相等。在乙圖中找到縱軸坐標(biāo)為90 Ω的圖線上對應(yīng)的橫軸坐標(biāo)為30 ℃。(3)在乙圖中讀出環(huán)境溫度為80 ℃時熱敏電阻的阻值為30 Ω,根據(jù)閉合電路歐姆定律有

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