4、 V,內(nèi)阻約5 Ω);
B.電壓表 V(量程為0～3 V,內(nèi)阻約15 kΩ);
C.電阻箱R(0～999.9 Ω);
D.開關(guān)、導(dǎo)線若干.
完成下列填空:
(1)把電阻絲拉直后用螺旋測微器測量電阻絲的直徑,測量結(jié)果如圖(甲)所示,其讀數(shù)為d= mm.?
(2)將電阻絲兩端固定在有刻度尺的接線板兩端的接線柱上,在被固定的電阻絲上夾一個與接線柱c相連的小金屬夾P.實(shí)驗(yàn)要求將a,c端接入電路,將小金屬夾P右移使電阻箱的阻值減小,保持接入電路的電壓表讀數(shù)保持不變,如圖(乙)所示,請用筆畫線代替導(dǎo)線在圖(丙)中完成電路的連接.
(3)圖(乙)中電壓表讀數(shù)為U= V.
5、?
(4)改變金屬夾P與電阻絲接觸點(diǎn)的位置,調(diào)整電阻箱接入電路中的阻值,使電壓表讀數(shù)保持不變.重復(fù)多次,記錄每一次電阻箱的阻值R和接入電路的電阻絲長度L,數(shù)據(jù)如表格所示.斷開開關(guān),整理實(shí)驗(yàn)器材.請在圖(丁)中描點(diǎn),并作出R-L圖像.
R/Ω
21.0
17.0
13.0
9.0
L/cm
20.00
40.00
60.00
80.00
(5)根據(jù)R-L圖像和已知數(shù)據(jù),可求出該電阻絲的電阻率為 Ω·m.(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)?
解析:(1)螺旋測微器固定刻度為0,可動刻度為40.0,則d=0 mm+40.0×
0.01 mm=0.400 mm.
(2)
6、在P右移、電阻箱阻值減小時,電壓表讀數(shù)保持不變,則電阻箱和電阻絲應(yīng)該串聯(lián),電壓表測量兩者的電壓和.實(shí)驗(yàn)電路連接如圖1所示.
(3)電壓表估讀到0.01 V,故電壓表讀數(shù)為2.50 V.
(4)R-L圖像如圖2所示.
(5)由R-L圖像可知,|k|=20 Ω/m,根據(jù)電阻定律,有|ΔR|=|ΔL|·,
||=|k|=,即ρ=S|k|=πd2|k|,代入數(shù)據(jù)解得ρ=2.5×10-6 Ω·m.
答案:(1)0.400 (2)見解析 (3)2.50 (4)見解析 (5)2.5×10-6
反思總結(jié)
(1)螺旋測微器讀數(shù)時特別注意:固定刻度的0.5 mm刻度線是否露出;可動刻度必須有估讀
7、部分;
(2)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出某兩個量間的關(guān)系圖像,然后由圖像解答問題時,一般按相應(yīng)物理規(guī)律找出相應(yīng)量間的函數(shù)關(guān)系,對比圖像,通過截距、斜率等求出結(jié)果.
【典例2】 (2018·甘肅天水三模)某同學(xué)要測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率ρ.步驟如下:
(1)用游標(biāo)為20分度的卡尺測量其長度如圖(甲)所示,由圖可知其長度為
mm;?
(2)用螺旋測微器測量其直徑如圖(乙)所示,由圖可知其直徑為 mm;?
(3)用多用電表的電阻“×10”擋粗測電阻,按正確的操作步驟測此圓柱體的電阻,表盤的示數(shù)如圖(丙)所示,則該電阻的阻值約為 Ω.?
(4)該同學(xué)想用
8、伏安法更精確地測量其電阻R,現(xiàn)有的器材及其代號和規(guī)格如下:
待測圓柱體電阻R;
電流表A1(量程0～4 mA,內(nèi)阻約50 Ω);
電流表A2(量程0～15 mA,內(nèi)阻約30 Ω);
電壓表 V1(量程0～3 V,內(nèi)阻約10 kΩ);
電壓表 V2(量程0～15 V,內(nèi)阻約25 kΩ);
直流電源E(電動勢4 V,內(nèi)阻不計);
滑動變阻器R1(阻值范圍0～15 Ω,允許通過的最大電流2.0 A);
滑動變阻器R2(阻值范圍0～2 kΩ,允許通過的最大電流0.5 A);
開關(guān)S,導(dǎo)線若干.
①為了方便實(shí)驗(yàn)并測量多組數(shù)據(jù),電流表應(yīng)選擇 ,電壓表應(yīng)選擇 ,滑動變阻器應(yīng)選擇
9、 .?
②請在虛線框中畫出完成此實(shí)驗(yàn)的原理圖,并標(biāo)明所用器材的代號.
解析:(1)游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為5 cm=50 mm,游標(biāo)讀數(shù)為3×0.05 mm=0.15 mm,所以圓柱體的長度l=50 mm+0.15 mm=50.15 mm.
(2)螺旋測微器固定刻度為4.5 mm,可動刻度為20.0×0.01 mm,則圓柱體直徑d=4.5 mm+0.200 mm=4.700 mm.
(3)歐姆表讀數(shù)為R=22×10 Ω=220 Ω.
(4)①電源電動勢為4 V,電路中的最大電流I== A≈18 mA,應(yīng)選擇電流表A2,圓柱體兩端最大電壓約為U=15×220×10-3V=3.
10、3 V,則電壓表選V1即可.本實(shí)驗(yàn)中,滑動變阻器若為限流接法,R1對電路影響小,R2不易操作,因此滑動變阻器應(yīng)為分壓接法,即選擇小阻值R1即可;②由于= Ω>220 Ω,故被測電阻屬于小電阻,電流表應(yīng)選外接法.電路圖如圖所示.
答案:(1)50.15 (2)4.700 (3)220 (4)①A2 V1 R1 ②電路圖見解析
方法技巧
實(shí)驗(yàn)儀器的選擇
(1)選擇實(shí)驗(yàn)儀器的三原則
①安全性原則:要能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和客觀條件使實(shí)驗(yàn)切實(shí)可行,且保證測量儀器的量程,電阻類器件的電流不能超過允許通過的最大電流等.
②精確性原則:根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要,選用精度合適的測量工具,既便于實(shí)驗(yàn)又盡量減小誤
11、差即可,并不是精度越高越好.
③方便性原則:盡量使測量電路簡單好接,測量中的調(diào)節(jié)控制操作方便.
a.用分壓式接法時,滑動變阻器應(yīng)該選用阻值較小的,而額定電流較大的.
b.用限流式接法時,滑動變阻器應(yīng)該選用阻值和被測電阻接近的,額定電流應(yīng)大于被測電阻的額定電流.
(2)電源的選擇:一般可以根據(jù)待測電路的額定電流或額定電壓選擇符合需要的直流電源.
(3)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;選擇的電表的量程應(yīng)使電表的指針偏轉(zhuǎn)的幅度較大,一般應(yīng)使指針能超過量程的以上,以減小讀數(shù)的偶然誤差,提高精確度.
(4)滑動變阻器必須選用
12、分壓式的“3種情況”
①若采用限流式接法不能控制電流滿足實(shí)驗(yàn)要求,若滑動變阻器阻值調(diào)到最大時,待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程,或超過待測電阻的額定電流(或電壓),則必須選用分壓式接法.
②若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多,以致在限流電路中,滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時,待測電阻上的電流或電壓變化不明顯,此時,應(yīng)改用分壓式接法.
③若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開始調(diào)節(jié),則必須采用分壓式接法.
題組訓(xùn)練
1.(2018·山西太原二模)某實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)一個由均勻材料制成的圓柱體,他們想測量其電阻率,實(shí)驗(yàn)室能夠提供的實(shí)驗(yàn)器材有:電源E(8 V,內(nèi)阻約10 Ω);
13、電壓表V(0～6 V,內(nèi)阻約為50 kΩ);電流表A(0～20 mA,內(nèi)阻為40 Ω);滑動變阻器R1(0～20 Ω);待測電阻R(約為200 Ω);
開關(guān)及導(dǎo)線若干.
他們進(jìn)行了如下操作:
(1)為了獲得多組數(shù)據(jù),盡量精確測量其電阻值,請在圖(a)方框中畫出實(shí)驗(yàn)電
路圖.
(2)圖(b)中的6個點(diǎn)表示實(shí)驗(yàn)中測得的6組電流表、電壓表示數(shù),根據(jù)此圖可知阻值R= Ω(保留三位有效數(shù)字).?
(3)如圖(c)所示,用螺旋測微器測得該圓柱體的直徑為 cm,用游標(biāo)卡尺測量其長度為 cm.?
(4)由以上數(shù)據(jù)可求出ρ= Ω·m.(保留三位有效數(shù)字)
14、?
解析:(1)由于==250>==5,故該實(shí)驗(yàn)的測量電路應(yīng)該選用電流表的外接法,并且為了獲得多組數(shù)據(jù),盡量精確測量其電阻值,故滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法,則實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示.
(2)圖(b)中6個點(diǎn)基本處于一條直線上,過這些點(diǎn)作UI圖像,如圖2所示,根據(jù)圖線的斜率表示電阻大小可得R==240 Ω.
(3)用螺旋測微器測得該圓柱體的直徑為d=1.5 mm+19.4 mm×0.01=1.694 mm=
0.169 4 cm,用游標(biāo)卡尺測量其長度為l=10 mm+14×0.05 mm=10.70 mm=1.070 cm.
(4)根據(jù)電阻定律R=ρ,且S=π（）2,解得ρ=,代入
15、數(shù)據(jù)解得ρ=5.05×
10-2 Ω·m.
答案:(1)見解析 (2)240 (3)0.169 4 1.070
(4)5.05×10-2
2.(2018·山東臨沂二模)某研究小組的同學(xué)們準(zhǔn)備測量15 ℃自來水的電阻率,以判斷該自來水是否符合國際標(biāo)準(zhǔn)(國標(biāo)規(guī)定自來水在15 ℃時電阻率應(yīng)大于
13 Ω·m).他們先在一根均勻的長玻璃管兩端各裝了一個電極,電極間裝滿密封的待測自來水,同學(xué)們設(shè)計了實(shí)驗(yàn)方案并分工進(jìn)行了以下測量:
(1)同學(xué)們用游標(biāo)卡尺測量玻璃管的內(nèi)徑d;向玻璃管內(nèi)注滿自來水,并用刻度尺測量水柱長度L;用多用電表的電阻“×100”擋,按正確的操作步驟測量此水柱體的電阻R,表盤
16、的示數(shù)如圖(乙)所示;由圖(甲)所示可知玻璃管的內(nèi)徑d= mm,水柱體的電阻R= Ω.?
(2)該小組同學(xué)想用伏安法更精確地測量其電阻R,現(xiàn)有的器材及其代號和規(guī)格如下:電壓表V(量程15 V,內(nèi)阻約30 kΩ);電流表A(量程300 mA,內(nèi)阻約50 Ω);滑動變阻器R0(0～100 Ω,允許最大電流1 A);電池組E(電動勢E=12 V,內(nèi)阻r=
6 Ω);開關(guān)一個、導(dǎo)線若干.請根據(jù)情況補(bǔ)全電路原理圖(并不是所有的接線點(diǎn)都要連接).
(3)如果測出水柱的長度L、玻璃管的內(nèi)徑d和水柱的電阻R,則自來水電阻率的表達(dá)式為ρ= .(用符號表示)?
解析:(1
17、)游標(biāo)卡尺主尺為54 mm,游標(biāo)尺部分為7×0.02 mm=0.14 mm,則玻璃管內(nèi)徑d=54.14 mm.
水柱體電阻R=26×100 Ω=2 600 Ω.
(2)由于滑動變阻器的最大阻值遠(yuǎn)小于待測電阻的阻值,故滑動變阻器采用分壓式接法;由于待測電阻的阻值與電壓表的內(nèi)阻相差不多,而且遠(yuǎn)大于電流表內(nèi)阻,故電流表采用內(nèi)接法,則電路原理圖如圖所示.
(3)根據(jù)電阻定律可知
R=ρ=ρ,
則電阻率為ρ=.
答案:(1)54.14 2 600 (2)見解析 (3)
命題點(diǎn)二 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)裝置圖示
創(chuàng)新角度分析
2017全國卷Ⅱ,23
(1)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn):類似于電橋法
18、測電阻,S2閉合前后微安表示數(shù)不變,說明B,D兩點(diǎn)電勢相等.
(2)考查方式的拓展:提高測量微安表內(nèi)阻精度的建議.
2019湖北荊州質(zhì)檢
(1)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn):采用“等效法替代”測圓柱體的電阻.
(2)考查方式的創(chuàng)新拓展:考查實(shí)驗(yàn)原理,用電路的串并聯(lián)知識解題.
2018廣西南寧二模
(1)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn):用電壓表和電阻箱測量通過銅導(dǎo)線的電流.
(2)考查方式的創(chuàng)新拓展:銅導(dǎo)線的電阻由圖像求出.
【典例3】 (2017·全國Ⅱ卷,23)某同學(xué)利用如圖(a)所示的電路測量一微安表(量程為100 μA,內(nèi)阻大約為2 500 Ω)的內(nèi)阻.可使用的器材有:兩個滑動變阻器R1,R2
19、(其中一個阻值為20 Ω,另一個阻值為2 000 Ω);電阻箱Rz(最大阻值為99 999.9 Ω);電源E(電動勢約為1.5 V);單刀開關(guān)S1和S2.C,D分別為兩個滑動變阻器的滑片.
(1)按原理圖(a)將圖(b)中的實(shí)物連線.
(2)完成下列填空:
①R1的阻值為 Ω(選填“20”或“2 000”).?
②為了保護(hù)微安表,開始時將R1的滑片C滑到接近圖(a)中滑動變阻器的 端(選填“左”或“右”)對應(yīng)的位置;將R2的滑片D置于中間位置附近.?
③將電阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω,接通S1.將R1的滑片置于適當(dāng)位置,再反復(fù)調(diào)節(jié)R2的滑片D的位置,最終
20、使得接通S2前后,微安表的示數(shù)保持不變,這說明S2接通前B與D所在位置的電勢 (選填“相等”或“不相等”).?
④將電阻箱Rz和微安表位置對調(diào),其他條件保持不變,發(fā)現(xiàn)將Rz的阻值置于
2 601.0 Ω時,在接通S2前后,微安表的示數(shù)也保持不變.待測微安表的內(nèi)阻為
Ω(結(jié)果保留到個位).?
(3)寫出一條提高測量微安表內(nèi)阻精度的建議: .?
解析:(1)實(shí)物連線如圖所示.
(2)①如題圖(a),R1為分壓式接法,故選擇較小的20 Ω電阻即可;②實(shí)驗(yàn)開始時,為保護(hù)微安表,應(yīng)使R1的滑片在最左端,使流過微安表的電流為零;③斷開、閉合開關(guān)S2,微安表示數(shù)不變,
21、說明流過微安表的電流為零,B,D電勢相等;④B,D電勢相等,對調(diào)前=,對調(diào)后=,聯(lián)立得RA==2 550 Ω.
(3)為了提高測量精度,調(diào)節(jié)R1上的分壓,盡可能使微安表接近滿量程.
答案:(1)見解析圖 (2)① 20?、?左?、巯嗟?
④2 550 (3)見解析
題組訓(xùn)練
1.(2019·湖北荊州質(zhì)檢)某同學(xué)測量一個圓柱體的電阻率,需要測量圓柱體的尺寸和電阻.
(1)分別使用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長度和直徑,某次測量的示數(shù)如圖(a)和圖(b)所示,長度L= cm,直徑D= mm.?
(2)按圖(c)連接電路后,實(shí)驗(yàn)操作如下:
①將滑動變阻器R1的阻
22、值置于最 (選填“大”或“小”)處;將S2撥向接點(diǎn)1,閉合S1,調(diào)節(jié)R1,使電流表示數(shù)為I0;?
②將電阻箱R2的阻值調(diào)至最 (選填“大”或“小”);S2撥向接點(diǎn)2;保持R1不變,調(diào)節(jié)R2,使電流表示數(shù)仍為I0,此時R2阻值為1 280 Ω.?
(3)由此可知,圓柱體的電阻為 Ω.?
(4)由此可知,圓柱體的電阻率ρ= (用上面實(shí)驗(yàn)中涉及的相關(guān)符號來表示).?
解析:(1)長度L=50 mm+1×0.1 mm=50.1 mm
=5.01 cm;
直徑D=5 mm+31.5×0.01 mm=5.315 mm.
(2)①為使電流不會超出電流表量程,應(yīng)將滑
23、動變阻器接入電路的阻值置于最大處.②為使電流表中電流由較小逐漸變大,電阻箱阻值也應(yīng)先調(diào)至最大.
(3)將S1閉合,S2撥向接點(diǎn)1時,其等效電路圖如圖(甲)所示.將S2撥向接點(diǎn)2時,其等效電路圖如圖(乙)所示,當(dāng)兩次電流表示數(shù)相同均為I0時,R2=R圓柱體,所以
R圓柱體=1 280 Ω.
(4)根據(jù)電阻定律R=ρ=ρ=R2,
解得ρ=.
答案:(1)5.01 5.315 (2)大 大 (3)1 280 (4)
2.(2018·廣西南寧二模)市場上銷售的銅質(zhì)電線電纜產(chǎn)品中,部分存在導(dǎo)體電阻不合格問題,質(zhì)檢部門檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一個是銅材質(zhì)量不合格,使用了再生銅或含雜質(zhì)很多的次銅;再一個就是
24、銅材質(zhì)量可能合格,但橫截面積較小.某興趣小組想應(yīng)用所學(xué)的知識來檢測實(shí)驗(yàn)室中一捆銅電線的電阻率是否合格.小組成員經(jīng)查閱,純銅的電阻率為1.8×10-8 Ω·m.現(xiàn)取橫截面積約為1 mm2、長度為100 m(真實(shí)長度)的銅電線,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量其電阻率,實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的器材如下:
A.電源(電動勢約為5 V,內(nèi)阻不計);
B.待測長度為100 m的銅電線,橫截面積約1 mm2;
C.電壓表 V1(量程為3 V,內(nèi)阻約為0.5 kΩ);
D.電壓表 V2(量程為5 V,內(nèi)阻約為3 kΩ);
E.電阻箱R(阻值范圍0～999.9 Ω);
F.定值電阻R0=1 Ω
G.開關(guān)、導(dǎo)線若干.
(1
25、)小組成員先用螺旋測微器測量該銅電線的直徑d,如圖(甲)所示,則d=
mm.?
(2)小組設(shè)計的測量電路如圖(乙)所示,則P是 ,N是 (填器材名稱及對應(yīng)符號),通過實(shí)驗(yàn)作出的圖像如圖(丙)所示.?
(3)圖(乙)電路測得銅電線的電阻測量值比真實(shí)值 (選填“偏大”“不變”或“偏小”),原因是 .?
(4)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),作出圖像,由此可知,這捆銅電線的電阻率ρ= (結(jié)果保留三位有效數(shù)字);從銅電線自身角度,你認(rèn)為電阻率大的可能原因是
.?
解析:(1)銅電線的直徑d=1.0 mm+12.5×0.0
26、1 mm=1.125 mm.
(2)P測量的電壓大于N測量的電壓,故P是電壓表V2,N是電壓表V1.
(3)由于沒考慮電壓表 V1的分流,使測得的銅電線的電阻偏大.
(4)分析電路可知,通過銅電線的電流
Ix=IR=,Rx==R=（-1）R,
整理得=1+Rx·,根據(jù)題圖(丙)可知斜率
k=Rx= Ω=2.60 Ω,
S=π（）2=0.994 mm2,
ρ== Ω·m=2.58×10-8 Ω·m,
故電阻率達(dá)不到要求,使用的有可能是再生銅或含過多雜質(zhì)的次銅.
答案:(1)1.125 (2)電壓表V2 電壓表V1
(3)偏大 電壓表V1的分流
(4)2.58×10-8 Ω
27、·m 使用的有可能是再生銅或含過多雜質(zhì)的次銅
實(shí)驗(yàn)九 描繪小電珠的伏安特性曲線
實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 落實(shí)基礎(chǔ)·提煉精髓
* ●注意事項(xiàng)
1.電路的連接方式
(1)電流表外接:本實(shí)驗(yàn)中被測小電珠燈絲的電阻值較小,因此測量電路必須采用電流表外
接法.
(2)滑動變阻器應(yīng)采用分壓式連接
本實(shí)驗(yàn)要作出I-U圖像,要求測出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值,故控制電路采用分壓
接法.
2.保護(hù)元件安全:為保護(hù)元件不被燒毀,開關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)位于使小電珠分得電壓為零的一端.加在小電珠兩端的電壓不要超過其額定電壓.
3.I-U圖像在U0=1.0 V左右將發(fā)生明
28、顯彎曲,故在U0=1.0 V左右多測幾組數(shù)據(jù),以防出現(xiàn)較大誤差.
4.當(dāng)小電珠電壓接近額定電壓值時,記錄數(shù)據(jù)后馬上斷開開關(guān).
5.誤差較大的點(diǎn)要舍去,I-U圖像應(yīng)是平滑的曲線.
●誤差分析
1.由于電壓表不是理想電表,內(nèi)阻并非無窮大,對電路的影響會帶來誤差,電流表外接,由于電壓表的分流,使測得的電流值大于真實(shí)值.
2.測量時讀數(shù)帶來誤差.
3.在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來誤差.
命題研析 突破常規(guī)·注重創(chuàng)新
命題點(diǎn)一 常規(guī)實(shí)驗(yàn)
【典例1】 (2018·北京首都師大附中三模)在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中,需測量一個標(biāo)有“3 V,1.
29、5 W”燈泡兩端的電壓和通過燈泡的電流.現(xiàn)有如下器材:
直流電源(電動勢3.0 V,內(nèi)阻不計)
電流表A1(量程3 A,內(nèi)阻約0.1 Ω)
電流表A2(量程0.6 A,內(nèi)阻約5 Ω)
電壓表 V1(量程3 V,內(nèi)阻約3 kΩ)
電壓表 V2(量程15 V,內(nèi)阻約200 kΩ)
滑動變阻器R1(阻值0～10 Ω,額定電流1 A)
滑動變阻器R2(阻值0～1 kΩ,額定電流300 mA)
(1)在該實(shí)驗(yàn)中,電流表應(yīng)選擇 (選填“A1”或“A2”),滑動變阻器應(yīng)選擇 (選填“R1”或“R2”).?
(2)請你在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)原理電路圖,并將實(shí)物連線圖(甲)補(bǔ)充完整.
30、
(3)某同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)已作出該小燈泡的伏安特性曲線,請計算當(dāng)小燈泡兩端電壓為0.75 V時,小燈泡的電阻為R= Ω.?
(4)若將該燈泡與一個6.0 Ω的定值電阻串聯(lián),直接接在題中提供的電源兩端,請估算該小燈泡的實(shí)際功率P= W(保留兩位有效數(shù)字).?
(5)通過實(shí)驗(yàn)中測出的5組數(shù)據(jù)給出的信息,請你推斷小燈泡在不超過額定電壓條件下,圖(丙)中可能正確的是 .(圖中I,U,P分別為小燈泡的電流強(qiáng)度、電壓、功率)?
解析:(1)燈泡額定電流I===0.5 A,故電流表選A2,燈泡額定電壓為3 V,電壓表選 V1,為保證電路安全,方便實(shí)驗(yàn)操作,滑動變阻器應(yīng)
31、選R1.
(2)由于描繪小燈泡的伏安特性曲線需要電壓和電流從零開始到額定值,則滑動變阻器采用分壓接法;因Rx==6 Ω,與電流表內(nèi)阻差不多,電流表應(yīng)采用外接法,其電路原理圖和連接實(shí)物圖分別如圖1,圖2所示.
(3)由作出的伏安特性曲線,知U=0.75 V對應(yīng)的電流I=0.25 A,故電阻為R=
Ω=3 Ω.
(4)可把6.0 Ω的定值電阻與電源看做等效電源,在燈泡I-U圖像中作出電源的I-U圖像如圖所示:
兩圖像的交點(diǎn)坐標(biāo)值為U=1.1 V,I=0.32 A,燈泡功率為P=UI=1.1 V×0.32 A≈0.35 W.
(5)根據(jù)功率P=,燈泡電阻受溫度影響,隨溫度升高而
32、增大,燈泡的P-U2圖像不是直線,隨U增大,燈泡電阻增大,P-U2圖像的斜率變小,故A,B錯誤;燈泡功率P=I2R,隨電流I增大,燈泡電阻R變大,P-I2圖像斜率變大,故C錯誤,D正確.
答案:(1)A2 R1 (2)圖像見解析 (3)3
(4)0.35 (5)D
方法技巧
處理圖像的技巧
(1)在描繪小燈泡的伏安特性曲線時,要根據(jù)所描各點(diǎn)的分布趨勢,作平滑的曲線,當(dāng)某個(或某些)測量數(shù)據(jù)明顯偏離時要舍掉.
(2)小燈泡的伏安特性曲線上各點(diǎn)切線斜率的倒數(shù)不表示小燈泡在該電壓下的電阻,此時計算小燈泡的電阻一定要使用電阻的定義式Rx=,而不能使用表達(dá)式Rx=.
【典例2】 (2018
33、·四川省沖刺演練)LED被稱為第四代照明光源或綠色光源,具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點(diǎn),現(xiàn)在已經(jīng)走進(jìn)了尋常百姓的生活里.某興趣小組想測定一只標(biāo)有“3 V”字樣的LED燈正常工作時的電阻(約為400 Ω),實(shí)驗(yàn)室提供了如下的實(shí)驗(yàn)器材:
A.電流表(量程為0～20 mA,內(nèi)阻約為10 Ω)
B.電流表(量程為0～10 mA,內(nèi)阻RA=30 Ω)
C.定值電阻R1=270 Ω
D.定值電阻R2=2 970 Ω
E.滑動變阻器R(0～500 Ω)
F.電源(電動勢E=6 V,內(nèi)阻較小)
G.開關(guān)S一只,導(dǎo)線若干.
(1)實(shí)驗(yàn)時采用的部分實(shí)驗(yàn)電路如圖所示,該電路中滑動變阻器的作
34、用是限流,為了提高測量的精確性,請選擇合適的器材,電表1為 ,電表2為
,定值電阻為 .(均填寫選項(xiàng)前的字母)?
(2)請用筆畫線代替導(dǎo)線,完成如圖所示的電路連接(LED燈的電學(xué)符號與小燈泡的電學(xué)符號相同).
(3)實(shí)驗(yàn)過程中,電表1的示數(shù)記為I1,電表2的示數(shù)記為I2,LED燈的電阻表達(dá)式為Rx= ,當(dāng)電表1的示數(shù)為 mA時,記下電表2的示數(shù)并代入上述表達(dá)式中,求得的結(jié)果即為LED燈正常工作時的電阻.(所填寫的符號與題中儀器名稱的符號角標(biāo)一致,如A1的示數(shù)記為I1)?
解析:(1)要精確測定額定電壓為3 V的LED燈正常工作時的電阻,需測量LED燈
35、兩端的電壓和通過LED燈的電流,由于沒有電壓表,可以將電流表B與定值電阻串聯(lián)改裝為電壓表測量電壓,改裝的電壓表內(nèi)阻R== Ω=300 Ω,B的內(nèi)阻為30 Ω,則定值電阻應(yīng)選C.
(2)用電流表A測總電流進(jìn)而可得LED燈的電流,滑動變阻器采用限流式接法,電路圖如圖所示.
(3)根據(jù)歐姆定律知,LED燈兩端的電壓UL=I1(R1+RA),通過LED燈的電流為I2-I1,則電阻Rx=,當(dāng)電表1的示數(shù)為10 mA時,LED燈兩端的電壓為3 V,達(dá)到額定電壓,測出來的電阻為正常工作時的電阻.
答案:(1)B A C (2)圖見解析
(3) 10
方法技巧
實(shí)物圖連線的技巧
(1)方法是
36、先串后并.接線到柱,注意量程和正負(fù).
(2)對限流電路,只需用筆畫線當(dāng)作導(dǎo)線,從電源正極開始,把電源、開關(guān)、滑動變阻器、“伏安法”部分依次串聯(lián)起來即可(注意電表的正負(fù)接線柱和量程,滑動變阻器應(yīng)調(diào)到阻值最大處).
(3)對分壓電路,應(yīng)該先把電源、開關(guān)和滑動變阻器的全部電阻用導(dǎo)線連接起來,然后在滑動變阻器電阻絲兩段之中任選一段,確定其兩端接線柱,將另外部分電路接入兩接線柱即可.
題組訓(xùn)練
1.(2018·江西高安三模)某學(xué)習(xí)小組通過實(shí)驗(yàn)來研究電器元件Z的伏安特性曲線.他們在實(shí)驗(yàn)中測得電器元件Z兩端的電壓與通過它的電流的數(shù)據(jù)如表:
U/V
0.0
0.2
0.5
1.0
1.5
37、
2.0
2.5
3.0
I/A
0.000
0.050
0.100
0.150
0.180
0.195
0.207
0.214
現(xiàn)備有器材:
A.內(nèi)阻不計的6 V電源;
B.量程為0～3 A的理想電流表;
C.量程為0～0.6 A的理想電流表;
D.量程為0～3 V的理想電壓表;
E.阻值為0～10 Ω,額定電流為3 A的滑動變阻器;
F.開關(guān)和導(dǎo)線若干.
(1)這個實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)中電流表選的是 .(填器材前面的字母)?
(2)利用表格中數(shù)據(jù)繪出的電器元件Z的伏安特性曲線如圖1所示,分析曲線可知該電器元件Z的電阻隨U變大而 (選填“變大
38、”“變小”或“不變”);?
(3)若把用電器Z接入如圖2所示的電路中時,電流表的讀數(shù)為0.10 A,已知A,B兩端電壓恒為1.5 V,則定值電阻R0的阻值為 Ω.?
解析:(1)由數(shù)據(jù)表可知,電路中的最大電流為0.215 A,所以電流表選擇C.
(2)由I-U圖像可知,圖線的斜率越來越小,可知元件電阻隨U的變大而變大.
(3)由I-U圖像可知電流I=0.10 A時,對應(yīng)的電壓U=0.5 V,所以元件Z的電阻為RZ=5 Ω,而R0+RZ= Ω=15 Ω,得R0=10 Ω.
答案:(1)C (2)變大 (3)10
2.(2018·黑龍江齊齊哈爾三模)一實(shí)驗(yàn)小組準(zhǔn)備探究元件Q
39、的伏安特性曲線,他們設(shè)計了如圖(甲)所示的電路圖,請回答下列問題:
(1)請將圖(乙)中的實(shí)物連線按電路圖補(bǔ)充完整.
(2)考慮電表內(nèi)阻的影響,當(dāng)電流表示數(shù)為I0時,通過Q的電流值 (選填“大于”“等于”或“小于”)I0.?
(3)在電路圖中閉合開關(guān)S,電流表、電壓表均有示數(shù),但無論怎樣移動變阻器滑動片,總不能使電壓表的示數(shù)調(diào)為零.原因可能是圖中的 (選填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”)處接觸不良.?
(4)實(shí)驗(yàn)測得表格中的7組數(shù)據(jù).請在坐標(biāo)紙上作出該元件的I-U圖線.
序號
電壓/V
電流/A
1
0.00
0.00
2
0.40
0.02
40、
3
0.80
0.05
4
1.20
0.12
5
1.60
0.20
6
2.00
0.31
7
2.40
0.44
(5)為了求元件Q在I-U圖線上某點(diǎn)的電阻,甲同學(xué)利用該點(diǎn)的坐標(biāo)I,U,由R=求得.乙同學(xué)作出該點(diǎn)的切線.求出切線的斜率k,由R=求得.其中 (選填“甲”或“乙”)同學(xué)的方法正確.?
解析:(1)實(shí)物連線圖如圖1所示.
(2)考慮電壓表的分流作用,通過Q的電流小于I0.
(3)只有變阻器采用分壓式接法時電流和電壓才能從零開始調(diào)節(jié),電流和電壓不能從零調(diào)節(jié)說明變阻器采用的是限流式接法,所以可能是f處接觸不良.
(4)將表中各組
41、數(shù)據(jù)在I-U坐標(biāo)系中描點(diǎn),并過這些點(diǎn)作平滑曲線即得到Q的I-U圖像,如圖2所示.
(5)電阻的定義等于R=所以應(yīng)該利用該點(diǎn)的坐標(biāo)值I,U,由R=求得,而不是求圖像切線的斜率,故甲同學(xué)的方法正確.
答案:(1)圖見解析圖1
(2)小于 (3)f
(4)圖見解析圖2 (5)甲
命題點(diǎn)二 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)裝置圖示
創(chuàng)新角度分析
2017全國Ⅰ卷,23
(1)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn):電壓表自身量程不足而測較大電壓,需電壓表與定值電阻串聯(lián)擴(kuò)大量程.
(2)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新:在燈泡的伏安特性曲線上畫出表示電源或等效電源的I-U圖線,根據(jù)交點(diǎn)信息求解.
2018重慶市一中二檢
考
42、查方式的創(chuàng)新:使R,L1并聯(lián),與L2串聯(lián)接入電路,通過燈泡的U-I圖像解決較復(fù)雜電路的問題.
2019百校聯(lián)盟名師猜題
(1)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn):提供的儀器中無電壓表,需要微安表與電阻箱串聯(lián)改裝電壓表.
(2)考查方式的創(chuàng)新:如何從圖像中確定燈泡的額定功率.
【典例3】 (2017·全國Ⅰ卷,23)某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性,所使用的器材有:小燈泡L(額定電壓3.8 V,額定電流0.32 A);電壓表(量程3 V,內(nèi)阻3 kΩ);電流表(量程0.5 A,內(nèi)阻0.5 Ω);固定電阻R0(阻值1 000 Ω);滑動變阻器R(阻值0～9.0 Ω);電源E(電動勢5 V,內(nèi)阻不計);開關(guān)S;導(dǎo)
43、線若干.
(1)實(shí)驗(yàn)要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進(jìn)行測量,畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖.
(2)實(shí)驗(yàn)測得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示.
由實(shí)驗(yàn)曲線可知,隨著電流的增加小燈泡的電阻 (填“增大”“不變”或“減小”),燈絲的電阻率 (填“增大”“不變”或“減小”).?
(3)用另一電源E0(電動勢4 V,內(nèi)阻1.00 Ω)和題給器材連接成圖(b)所示的電路圖,調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值,可以改變小燈泡的實(shí)際功率.閉合開關(guān)S,在R的變化范圍內(nèi),小燈泡的最小功率為 W,最大功率為 W.(結(jié)果均保留2位小數(shù))?
解析:(1)在額定電壓下,小燈泡L的
44、阻值RL= Ω=11.875 Ω,這個阻值較小,所以采用電流表外接法;由于電壓表量程為3 V,小于額定電壓3.8 V,所以將固定電阻R0與電壓表串聯(lián)來測小燈泡電壓;要實(shí)現(xiàn)0～3.8 V的范圍內(nèi)的測量,滑動變阻器必須采用分壓式接法,所以實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖所示.
(2)實(shí)驗(yàn)曲線上某點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率的倒數(shù)表示小燈泡的電阻,所以隨著電流的增加,小燈泡的電阻增大;由R=ρ可得ρ=,所以燈絲的電阻率增大.
(3)當(dāng)R=9.0 Ω時,小燈泡的實(shí)際功率最小,由閉合電路歐姆定律有E0=I(R+r)+U,即4=10I+U,在圖中作出該直線如圖(甲)所示,交點(diǎn)坐標(biāo)約為I=223 mA,U=1.77 V時最
45、小功率Pmin=UI=0.39 W;當(dāng)R=0時,小燈泡的實(shí)際功率最大,有E=Ir+U,即4=
I+U,在圖中作出該直線如圖(乙)所示,交點(diǎn)坐標(biāo)約為I=318 mA,U=3.69 V,小燈泡的最大功率Pmax=UI=1.17 W.
答案:(1)見解析
(2)增大 增大 (3)0.39 1.17
【典例4】 (2018·重慶市一中二檢)為了研究某種小燈泡L(5 V,2.5 W)的伏安特性曲線,除了直流電源(電動勢約為6 V,內(nèi)阻不計)、導(dǎo)線和開關(guān)外,還有如下實(shí)驗(yàn)器材:
A.直流電流表(量程0～3 A,內(nèi)阻約為0.1 Ω)
B.直流電流表(量程0～600 mA,內(nèi)阻約為5 Ω)
46、
C.直流電壓表(量程0～15 V,內(nèi)阻約為15 kΩ)
D.直流電壓表(量程0～6 V,內(nèi)阻約為10 kΩ)
E.滑動變阻器(最大阻值為10 Ω,允許通過的最大電流為2 A)
F.滑動變阻器(最大阻值為1 kΩ,允許通過的最大電流為0.5 A).
要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能測多組數(shù)據(jù).
(1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用 ,電壓表應(yīng)選用 ,滑動變阻器應(yīng)選用 ;(均用序號字母表示)?
(2)根據(jù)所選器材,請在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖;
(3)測得該種小燈泡的U-I圖像如圖(a)所示,現(xiàn)將兩個相同的這種小燈泡L1,L2與一個阻值為4 Ω的定值電阻
47、R連成如圖(b)所示的電路,電源的內(nèi)阻r=2 Ω,開關(guān)S閉合后,小燈泡L1與定值電阻R的電功率恰好均為P,則P= W,電源的電動勢E= V.?
解析:(1)電源電壓6 V,燈泡額定電壓5 V,則電壓表選擇D;燈泡的額定電流I== A=0.5 A,電流表選擇B;由數(shù)值測量要求可知滑動變阻器要用分壓電路,則選用阻值較小的E.
(2)燈泡正常工作時,電阻Rx== Ω=10 Ω,與電流表內(nèi)阻差不多,則采用電流表外接法,電路圖如圖所示.
(3)由圖(b)所示電路圖可知,小燈泡L1與定值電阻R并聯(lián),它們兩端電壓相等,它們的電功率均為P,由P=IU可知,通過它們的電流相等,它們的電
48、阻相等,即此時燈泡電阻為4 Ω,由圖(a)所示圖像可知,燈泡兩端電壓為1 V時通過燈泡的電流為0.25 A,則功率P=IU=0.25×1 W=0.25 W;由圖(b)可知,L2串聯(lián)在干路中,通過L2的電流I=0.25 A+0.25 A=0.5 A,由圖(a)所示圖像可知,電流0.5 A所對應(yīng)的電壓為5 V,由閉合電路規(guī)律可知,電源電動勢E=U外+Ir=6 V+0.5×2 V=7 V.
答案:(1)B D E (2)圖見解析 (3)0.25 7
題組訓(xùn)練
1.(2019·百校聯(lián)盟名師猜題)現(xiàn)有一只標(biāo)值為“2.5 V,× W”的小燈泡,其額定功率的標(biāo)值已模糊不清.某同學(xué)想通過實(shí)驗(yàn)描繪出燈絲的
49、伏安特性曲線,并得出該燈泡正常工作時的功率.已知小燈泡的燈絲電阻約為5 Ω.
實(shí)驗(yàn)中除導(dǎo)線和開關(guān)外,還有以下器材可供選擇:
電源E(電動勢3.0 V,內(nèi)阻0.5 Ω)
微安表頭G(滿偏電流Ig=100 μA,內(nèi)阻rg=2 000.0 Ω)
電流表A1(0～0.6 A,內(nèi)阻約0.125 Ω)
電流表A2(0～3 A,內(nèi)阻約0.125 Ω)
滑動變阻器R1(阻值范圍0～5 Ω)
滑動變阻器R2(阻值范圍0～175 Ω)
電阻箱R3(最大電阻99 999.9 Ω)
(1)若要改裝一個量程為0～3 V的電壓表,應(yīng)將微安表頭G與電阻箱串聯(lián),電阻箱的阻值應(yīng)調(diào)到R3= Ω.電流表應(yīng)
50、選擇 ,滑動變阻器應(yīng)選擇 .?
(2)請幫他設(shè)計一個測量電路圖并畫在虛線框內(nèi).
(3)該同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)作出了燈絲的伏安特性曲線如圖(乙)所示,則小燈泡的額定功率為 W.?
解析:(1)改裝電壓表,將微安表頭G與一電阻箱串聯(lián),由Um=Ig(rg+R3),可計算出電阻箱的阻值R3=-rg=28 000.0 Ω;根據(jù)提供的器材,燈泡的額定電壓為2.5 V,電阻約為5 Ω,電流表應(yīng)選擇A1,本實(shí)驗(yàn)需要多測幾組數(shù)據(jù),且方便操作,應(yīng)采用分壓接法,故滑動變阻器應(yīng)選擇總阻值較小的R1.
(2)描繪伏安特性曲線,滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法,燈泡的電阻約為5 Ω,電流表采取外接法,電
51、路圖如圖所示.
(3)當(dāng)電壓U=2.5 V時,I=0.5 A,
根據(jù)P=UI=2.5×0.5 W=1.25 W.
答案:(1)28 000 A1 R1 (2)圖見解析 (3)1.25
2.(2018·天津紅橋區(qū)二模)用下列器材組裝成一個電路,既能測量出電池組的電動勢E和內(nèi)阻r,又能同時探究小燈泡的伏安特性.
A.電壓表 V1(量程5 V、內(nèi)阻很大)
B.電壓表 V2(量程3 V、內(nèi)阻很大)
C.電流表A(量程3 A、內(nèi)阻很小)
D.滑動變阻器R(最大阻值10 Ω、額定電流3 A)
E.小燈泡(2.5 V,5 W)
F.電池組(電動勢E,內(nèi)阻r)
G.開關(guān)一只,導(dǎo)線若干
52、
實(shí)驗(yàn)時,調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值,多次測量后發(fā)現(xiàn):若電壓表V1的示數(shù)增大,則電壓表V2的示數(shù)減小.
(1)請將設(shè)計的實(shí)驗(yàn)電路圖在虛線方框中補(bǔ)充完整.
(2)每一次操作后,同時記錄電流表A、電壓表V1和電壓表V2的示數(shù),組成兩個坐標(biāo)點(diǎn)(I,U1),(I,U2),標(biāo)到U-I坐標(biāo)中,經(jīng)過多次測量,最后描繪出兩條圖線,如圖(乙)所示,則電池組的電動勢E= V、內(nèi)阻r= Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)?
(3)在U-I坐標(biāo)中兩條圖線在P點(diǎn)相交,此時小燈泡的阻值為 Ω,電池組的總功率為 W(結(jié)果保留三位有效數(shù)字).?
解析:(1)利用電壓表和電流表測電源電動勢與內(nèi)阻
53、實(shí)驗(yàn)中,電壓表測路端電壓,電壓表示數(shù)隨滑動變阻器接入電路阻值的增大而增大;探究小燈泡伏安特性實(shí)驗(yàn)中,電流表測流過燈泡的電流,燈泡兩端電壓隨滑動變阻器接入電路電阻的增大而減小;調(diào)節(jié)滑動變阻器時,電壓表V1的示數(shù)增大,則電壓表V2的示數(shù)減小,V1測路端電壓,V2測燈泡兩端電壓,電路圖如圖所示.
(2)由圖示電源U-I圖像可知,圖線縱軸截距為4.5,則電源電動勢E=4.5 V,電源內(nèi)阻r== Ω=1.0 Ω.
(3)由于兩圖線交點(diǎn)坐標(biāo)值為U=2.5 V,I=2.0 A,此時,燈泡電阻R== Ω=
1.25 Ω,電源總功率P=EI=4.5×2.0 W=9.00 W.
答案:(1)圖見解析
54、(2)4.5 1.0 (3)1.25 9.00
實(shí)驗(yàn)十 測定電源的電動勢和內(nèi)阻
實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 落實(shí)基礎(chǔ)·提煉精髓
* ●注意事項(xiàng)
1.電池選取:應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電池.
2.實(shí)驗(yàn)操作:實(shí)驗(yàn)中不宜將電流調(diào)得過大,電表讀數(shù)要快,每次讀完數(shù)后立即斷開開關(guān).
3.數(shù)據(jù)要求:要測出不少于6組的(I,U)數(shù)據(jù),且變化范圍要大些.
4.描點(diǎn)畫圖:畫U-I圖線時,應(yīng)使圖線通過盡可能多的點(diǎn),并使不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè),個別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去.
5.縱軸標(biāo)度的確定:縱軸的刻度可以不從零開始,而是依據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始).
55、但這時圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流,而圖線與縱軸的截距仍為電源電動勢,圖線斜率的絕對值仍為內(nèi)阻.
●誤差分析
1.偶然誤差
(1)由于電表讀數(shù)不準(zhǔn)引起誤差.
(2)用圖像法求E和r時,由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差.
(3)測量過程中通電時間過長或電流過大,都會引起E,r變化.
2.系統(tǒng)誤差
(1)若采用(甲)圖,其U-I圖像如(乙)圖所示.由于電壓表的分流作用造成誤差.
①當(dāng)電壓表示數(shù)越大時,電壓表分流越大;反之,電壓表分流越小,可推斷電壓表示數(shù)為零時,IV=0,短路電流測量值等于真實(shí)值.
②E測
56、
由于電流表的分壓作用造成誤差.
①當(dāng)電壓表示數(shù)越小時,電流表的分壓越大;電壓表示數(shù)越大時,電流表的分壓越小,可推斷斷路時,電流表分壓為0,則斷路時,電壓表示數(shù)等于電動勢.
②E測=E真,r測>r真,一般地r測的誤差非常大.
命題研析 突破常規(guī)·注重創(chuàng)新
命題點(diǎn)一 常規(guī)實(shí)驗(yàn)
【典例1】 (2019·福建廈門雙十中學(xué)高三熱身)圖(甲)為某同學(xué)測量某一電源的電動勢和內(nèi)電阻的電路圖,其中虛線框內(nèi)為用毫安表改裝成雙量程電流表的電路.已知毫安表的內(nèi)阻為10 Ω,滿偏電流為100 mA,電壓表V量程為3 V,R0,R1,R2為定值電阻,其中R0=3 Ω.
57、
(1)若使用a和b兩個接線柱,電流表量程為0.6 A;若使用a和c兩個接線柱,電流表量程為3 A.由題中條件和數(shù)據(jù),可求出R1= Ω,R2= Ω.?
(2)實(shí)驗(yàn)步驟:
①按照原理圖連接電路;
②開關(guān)S2撥向b,將滑動變阻器R的滑片移動到 (選填“左”或“右”)端,閉合開關(guān)S1;?
③多次調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,記下相應(yīng)的毫安表的示數(shù)I和電壓表示數(shù)U.
(3)數(shù)據(jù)處理:
①利用實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)畫成圖(乙)所示的U-I圖像;
②由圖像得電源的電動勢E= V,內(nèi)阻r= Ω(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字).?
解析:(1)根據(jù)電流表改裝原理可知,使用a和
58、b兩個接線柱,電流表量程為0.6 A,即0.6=100×10-3+,使用a和c兩個接線柱,電流表量程為3 A,即3=
100×10-3+,聯(lián)立兩式解得R1=0.4 Ω,R2=1.6 Ω;(2)實(shí)驗(yàn)中為了保護(hù)電路,應(yīng)讓電流由最小開始調(diào)節(jié),故滑動變阻器阻值應(yīng)調(diào)至最大,因此滑片開始時應(yīng)滑至最左端;(3)開關(guān)S2撥向b,根據(jù)閉合電路規(guī)律可知E=U+（I+）(R0+r),變形得U=E-I,則縱軸截距表示電動勢,即E=3.0 V,圖線的斜率|k|=||=,解得r=1.4 Ω.
答案:(1)0.4 1.6 (2)左 (3)3.0 1.4
反思總結(jié)
(1)在測量電池電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中,無論測量儀器方
59、法如何改變,其原理都是通過關(guān)系式E=U+Ir推導(dǎo)出有關(guān)表達(dá)式,然后求解.
(2)在E=U+Ir中,I為通過電源的電流,本例中所知電流為表頭中的電流,推導(dǎo)關(guān)系式時應(yīng)轉(zhuǎn)化為通過電流表的電流.
【典例2】 用實(shí)驗(yàn)測一電池的內(nèi)阻r和一待測電阻的阻值Rx.已知電池的電動勢約6 V,電池內(nèi)阻和待測電阻阻值都為數(shù)十歐.可選用的實(shí)驗(yàn)器材有:
電流表A1(量程0～30 mA);
電流表A2(量程0～100 mA);
電壓表V(量程0～6 V);
滑動變阻器R1(阻值0～5 Ω);
滑動變阻器R2(阻值0～300 Ω);
開關(guān)S一個,導(dǎo)線若干條.
某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程如下:
Ⅰ.設(shè)計如圖(甲)
60、所示的電路圖,正確連接電路.
Ⅱ.將R的阻值調(diào)到最大,閉合開關(guān),逐次調(diào)小R的阻值,測出多組U和I的值,并記錄.以U為縱軸,I為橫軸,得到如圖(乙)所示的圖線.
Ⅲ.斷開開關(guān),將Rx改接在B,C之間,A與B直接相連,其他部分保持不變.重復(fù)Ⅱ的步驟,得到另一條U-I圖線,圖線與橫軸I的交點(diǎn)坐標(biāo)為(I0,0),與縱軸U的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0,U0).
回答下列問題:
(1)電流表應(yīng)選用 ,滑動變阻器應(yīng)選用 ;?
(2)由圖(乙)的圖線,得電源內(nèi)阻r= Ω;?
(3)用I0,U0和r表示待測電阻的關(guān)系式Rx= ,代入數(shù)值可得Rx;?
(4)若電表為理想電表,Rx接在
61、B,C之間與接在A,B之間,滑動變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置,兩種情況相比,電流表示數(shù)變化范圍 ,電壓表示數(shù)變化范圍 .(選填“相同”或“不同”)?
解析:(1)由閉合電路歐姆定律,要想調(diào)節(jié)時電流表和電壓表的讀數(shù)有明顯變化,起限流作用的滑動變阻器應(yīng)選用R2;由題圖(乙)可知,電流表應(yīng)選A2.
(2)根據(jù)U-I圖線的斜率求得電源內(nèi)阻為25 Ω.
(3)Rx改接在B,C之間后,U-I圖線的斜率的絕對值=Rx+r,故Rx=-r.
(4)Rx所接位置的改變并不影響干路電流的測量,故電流表示數(shù)變化范圍相同;但是改接前后電壓表測量的分別是路端電壓與滑動變阻器兩端的電壓,故電
62、壓表示數(shù)變化范圍不同.
答案:(1)A2 R2 (2)25 (3) -r (4)相同 不同
方法技巧 圖像法處理電源電動勢和內(nèi)阻總結(jié)
名稱
圖像
解析式及斜率、截距
UI圖像
U=-rI+E
R圖像
=R+
圖像
=·+
題組訓(xùn)練
1.(2018·安徽淮北一模)在“用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)中.
(1)備有如下器材:
A.干電池1節(jié); B.滑動變阻器(0～20 Ω);
C.滑動變阻器(0～1 kΩ); D.電壓表(0～3 V);
E.電流表(0～0.6 A); F.電流表(0～3 A);
G.開關(guān)、導(dǎo)線若干.
其中滑動
63、變阻器應(yīng)選 ,電流表應(yīng)選 .?
(2)為了最大限度地減小實(shí)驗(yàn)誤差,請在虛線框中畫出該實(shí)驗(yàn)最合理的電路圖.
(3)某同學(xué)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示,試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖中畫出U-I圖線,并根據(jù)圖線得到被測電池的電動勢E= V,內(nèi)電阻r= Ω.?
1
2
3
4
5
6
I(A)
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.40
U(V)
1.32
1.26
1.18
1.13
1.04
0.93
(4)電動勢測量值 (選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值;內(nèi)阻測量值 (選填“大于”“等于”或“小
64、于”)真實(shí)值.?
解析:(1)本實(shí)驗(yàn)滑動變阻器采用限流連接,為了減小讀數(shù)造成的誤差,電流不宜過小,因此滑動變阻器選擇B,電流表選擇0.6 A量程即可,即選E.
(2)用電流表、電壓表測電源電動勢與內(nèi)阻,電流表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻差不多,因此電流表相對于電源要外接,實(shí)驗(yàn)電路圖如圖(a)所示.
(3)將各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)并將各點(diǎn)用直線連接,得到電源的U-I圖像,如圖(b)所示;圖像與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為電源的電動勢,故電動勢E=1.45 V;圖像的斜率表示電源內(nèi)阻,電源內(nèi)阻r= Ω=1.3 Ω.
(4)由于電壓表的分流作用,電流的測量值小于真實(shí)值,對應(yīng)電源的U-I圖像兩條圖線如圖(c)
65、所示,則電源電動勢的測量值小于真實(shí)值,電源內(nèi)阻r=,則電源內(nèi)阻測量值小于真實(shí)值.
答案:(1)B E (2)圖見解析
(3)圖見解析 1.45 1.3 (4)小于 小于
2.(2018·安徽六安一中高三三模)利用如圖(甲)所示電路,可用伏安法測定某一電源的電動勢和內(nèi)阻,其中虛線框內(nèi)為用表頭G改裝的電壓表V,A為標(biāo)準(zhǔn)電流表,E1為待測電源,S為開關(guān),R為滑動變阻器.
(1)已知表頭G的滿偏電流Ig=200 μA,按如圖(乙)所示電路,用半偏法測定表頭G的內(nèi)電阻rg,其中電阻R4約為1 kΩ,為使rg的測量值盡量準(zhǔn)確,在以下器材中,電源E2應(yīng)選用 ,電阻R2應(yīng)選用 (選填器
66、材前的字母).?
A.電源(電動勢為1.5 V)
B.電源(電動勢為6 V)
C.電阻箱(0～999.9 Ω)
D.滑動變阻器(0～500 Ω)
E.電位器(一種可變電阻,與滑動變阻器相當(dāng),0～5.1 kΩ)
F.電位器(一種可變電阻,與滑動變阻器相當(dāng),0～51 kΩ)
(2)如果所得R3的阻值為300.0 Ω,則圖中被測表頭G的內(nèi)阻rg的測量值為
Ω,該測量值 實(shí)際值(選填“略大于”“略小于”或“等于”).?
(3)給表頭G串聯(lián)一個阻值為 kΩ的電阻就可以將該表頭G改裝為量程為6 V的電壓表V.?
(4)由(2)確定表頭的內(nèi)阻測量值與實(shí)際值差異后,將其改裝成另一電壓表V[(甲)圖虛線框所示]接入(甲)圖電路進(jìn)而完成(甲)圖實(shí)驗(yàn)測量時,電壓表V測量值
實(shí)際值(選填“大于”“小于”或“等于”),電源內(nèi)阻測量值 實(shí)際值(選填“大于”“小于”或“等于”).?
解析:(1)由于Ig=200 μA,R4約為1 kΩ,為使閉合S2時對電路中電流的影響較小,R2應(yīng)選擇阻值較大的F,則電源應(yīng)選取電動勢較大的B.
(2)當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱,使電流表半
2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第八章 實(shí)驗(yàn)8 測定金屬絲的電阻率 第9章 第2節(jié)練習(xí)（含解析）
