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2014年最近3年高考分类汇编之专题九 电学实验


专题九
考点一 基本仪器的原理及使用

电学实验

高考试题
★★★★

1.(2013 年新课标全国卷Ⅰ,23,8 分)某学生实验小组利用图(a)所示电路,测量多用电表内电池的电动势和 电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻.使用的器材有:

多用电表; 电压表:量程 5 V,内阻十几千欧; 滑动变阻器:最大阻值 5 kΩ ; 导线若干. 回答下列问题: (1)将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡,再将红表笔和黑表笔 (2)将图(a)中多用电表的红表笔和 用电表和电压表的读数分别为 kΩ 和 ,调零点.

(选填“1”或“2”)端相连,黑表笔连接另一端. V.

(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置,使多用电表的示数如图(b)所示,这时电压表的示数如图(c)所示.多

(4)调节滑动变阻器的滑片,使其接入电路的阻值为零.此时多用电表和电压表的读数分别为 12.0 kΩ 和 4.00 V.从测量数据可知,电压表的内阻为 kΩ . (5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路,

如图(d)所示.根据前面的实验数据计算可得,此多用电表内电池的电动势为 部电路的总电阻为 kΩ . 解析:(1)使用多用电表欧姆挡时,首先应将两表笔短接进行欧姆调零.

V,电阻“×1 k”挡内

(2)无论多用电表测哪类物理量,电流必从红表笔流入、黑表笔流出,欧姆挡中黑表笔接内部电源正极,红表 笔接负极,因此红表笔应接“1”. (3)从图(b)可以看出指针指向欧姆挡 15.0 位置,电阻挡为“×1 k”,故读数为 15.0 kΩ ;由于电压表量程 为 5 V,指针所指位置为 3.60,故读数为 3.60 V. (4)当滑动变阻器连入电路中的电阻为零时,多用电表读数即为电压表内阻,所以电压表内阻为 12.0 kΩ . (5)设多用电表内电池的电动势为 E、多用电表内阻为 R,由(3)、(4)问可得

E 3.60V E 4.00V = , = ,两式联立解得:E=9.00 V,R=15.0 kΩ . R ? 15.0k ? 12.0k ? R ? 12.0k ? 12.0k ?

答案:(1)短接

(2)1

(3)15.0 3.60 15.0 mm,图(b)所示读数为

(4)12.0 (5)9.00

2.(2012 年新课标全国理综,22,5 分)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度.该螺旋测微器校零时的 示数如图(a)所示,测量金属板厚度时的示数如图(b)所示.图(a)所示读数为 mm,所测金属板的厚度为 mm.

解析:题图(a)的读数为 1.0×0.01 mm=0.010 mm.题图(b)的读数为 6.5 mm+37.0×0.01 mm=6.870 mm.故金 属板的厚度为:6.870 mm-0.010 mm=6.860 mm. 答案:0.010 6.870 6.860 3.(2012 年江苏卷,10,8 分)如图(甲)所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件,小明使用多用电表对其进 行探测. (1)在使用多用电表前,发现指针不在左边 “0” 刻度线处,应先调整图(乙)中多用电表的 “B”或“C”). (选填 “A” 、

(2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱 a、 b 接点间是否存在电源时,一表笔接 a,另一表笔应 填“短暂”或“持续”)接 b,同时观察指针偏转情况.

(选

(3)在判定黑箱中无电源后,将选择开关旋至 “×1” 挡,调节好多用电表,测量各接点间的阻值. 测量中发现, 每对接点间正反向阻值均相等,测量记录如下表. 两表笔分别接 a、b 时,多用电表的示数如图(乙)所示. 请将记录表补充完整,并在答题卡的黑箱图中画出一种可能的电路.
两表笔接的接点 a,b a,c b,c 多用电表的示数 Ω 10.0 Ω 15.0 Ω

解析:(1)使用多用电表前应先调整“指针定位螺丝”A,使指针指到左边的“0”刻度处.(2)为保护多用电表 的内部元件,在测量黑箱中是否存在电源时,应短暂接触接点 b.(3)欧姆表的读数为 5×1 Ω =5 Ω ;每对接 点间正反向电阻均相等,说明黑箱中没有二极管元件,根据表格中两接点间电阻的数值,可设计的电路图,如 答案所示. 答案:(1)A (2)短暂 (3)5.0(如图所示)

或 点评: 使用多用电表的欧姆挡测电阻,应本着以下几个原则:(1)恰当选择挡位,使读数尽可能在表盘的中央 附近,减小读数误差;(2)调零,且每换一次挡位应重新调零;(3)读数;(4)测量完毕后,应把旋钮调至交流电 压最高挡或 OFF 挡. 4.(2011 年安徽理综,21Ⅱ,12 分)(1)某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值,先把选择开关旋到 “×1 k”挡位,测量时指针偏转如图(a)所示,请你简述接下来的测量操作过程:

① ② ③ ④测量结束后,将选择开关旋到“OFF”挡.

; ; .

(2)接下来采用“伏安法”较准确地测量该电阻的阻值,所用实验器材如图(b)所示.其中电压表内阻约为 5 kΩ ,电流表内阻约为 5 Ω .图中部分电路已经连接好,请完成实验电路的连接.

(3)图(c)是一个多量程多用电表的简化电路图,测量电流、电压和电阻各有两个量程.当转换开关 S 旋到位 置 3 时,可用来测量 时量程较大. ;当 S 旋到位置 时,可用来测量电流,其中 S 旋到位置

答案:(1)①断开待测电阻,把选择开关旋到“×100”挡位; ②红、黑表笔短接,调整“欧姆调零旋钮”,使指针指向“0 Ω ”; ③再接入待测电阻,将指针示数×100,即为待测电阻阻值. (2)电路连接如图:

(3)电阻 1,2

1

5.(2011 年北京理综,21(1),9 分)用如图所示的多用电表测量电阻,要用到选择开关 K 和两个部件 S、T.请 根据下列步骤完成电阻测量.

①旋动部件

,使指针对准电流的“0”刻线. .使指针对准电阻的 (填“0 刻线”

②将 K 旋转到电阻挡“×100”的位置. ③将插入“+”、“-”插孔的表笔短接,旋动部件

或“∞刻线”). ④将两表笔分别与待测电阻相接,发现指针偏转角度过小.为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中 挑出合理的步骤,并按 的顺序进行操作,再完成读数测量. A.将 K 旋转到电阻挡“×1 k”的位置 B.将 K 旋转到电阻挡“×10”的位置 C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接 D.将两表笔短接,旋动合适部件,对电表进行校准

解析:考查多用电表欧姆挡的使用.使用前要进行机械调零,使指针指向左边的零刻度处,使用中每次换欧姆 挡都要进行欧姆调零,使指针指向右边的零刻度处.由于测量时,指针从无穷大电阻开始偏转,偏角过小,说 明需增大倍率,使指针指向欧姆表中间刻度附近. 答案:①S ③T 0 刻线 ④ADC

考点二 电阻的测量及测定金属的电阻率 ★★★
1.(2013 年广东理综,34(2),10 分)图(甲)是测量电阻 Rx 的原理图.学生电源输出电压可调,电流表量程选 0.6 A(内阻不计),标有长度刻度的均匀电阻丝 ab 的总长为 30.0 cm.

①根据原理图连接图(乙)的实物图. ②断开 S2,合上 S1;调节电源输出电压为 3.0 V 时,单位长度电阻丝的电压 u= V/cm.记录此时电流表 A1 的示数. ③保持 S1 闭合,合上 S2;滑动 c 点改变 ac 的长度 L,同时调节电源输出电压,使电流表 A1 的示数与步骤②记录 的值相同,记录长度 L 和 A2 的示数 I.测量 6 组 L 和 I 值,测量数据已在图(丙)中标出,写出 Rx 与 L、I、u 的 关系式 Rx= ;根据图(丙)用作图法算出 Rx= Ω. 解析:①实物连接如图所示:

②断开 S2,合上 S1 时,电阻丝两端的电压为 3.0 V,则电阻丝单位长度的电压为 u=

30V =0.1 V/cm. 30.0cm

③由于电流表 A1 的示数不变,则 ac 段单位长度上的电压不变,Rx 两端的电压为 Lu,根据欧姆定律有 Rx=

R Lu .L= x I,作出图像,如图所示,由图线的斜率求得 Rx=6 Ω . I u

答案:①见解析

②0.1



Lu I

6

2.(2013 年重庆理综,6(2),13 分)某同学对有故障的电热毯进行探究.图 1 是电热毯的电路示意图,其中电热 线和导线通过金属接线片连接.图 2 为测试电路实物图,A、 B 为测试表笔,电压表内阻很大,可视为理想电表.

①请在下面虚线框内画出与图 2 对应的电路图.

②断开 K1,用上述测试电路在 1 和 1′之间检测得知电热线无故障,然后测得电热线的 U I 曲线如图 3 所示. 已知电热线材料的电阻率为 2.8×10 kΩ ,总长度为
-7

Ω ·m,电热线的直径为 0.200 mm.可求得此电热线的电阻为

m.(结果均保留两位有效数字)

③为了进一步检查故障,该同学闭合开关 K1 和 K2,用表笔 A 和 B 分别对图 1 中所示的各点进行测试,部分测试 结果如下表所示.由此测试结果可判断出电路有断路,位置在 “2 和 3”、“2′和 3′”中选填一项). 测试点 电表指针 有无偏转 电压表 电流表 3 和 3′ 有 无 1 和 1′ 有 有 1和3 无 有 1 和 2′ 有 无 2′和 3′ 无 有 之间(在“1 和 2”、“1′和 2′”、

解析:①电路图如图所示

②由 U I 图像可得电热线的电阻为 R=

U 2.5 2 = Ω ≈5.8×10 Ω =0.58 kΩ , I 4.3 ?10?3
L =ρ S
L ?d ? π? ? ?2?
2

由电阻定律得 R=ρ

?d ? π? ? R ?2? ,所以 L= ,

2

?

代入数据得 L≈65 m. ③测试点 3、3′的现象表明,测试点 3 到 3′之间的待测电路部分断路,电源电路正常;测试点 1、1′的现 象表明,电热线是通路;测试点 1、3 的现象表明,测试点 1 到 3 之间通路;测试点 1、2′的现象表明,测试点 1 到 2′之间断路;测试点 2′、3′的现象表明,测试点 2′、3′之间是通路.综合分析得出测试点 1′和 2′之间断路. 答案:①电路图见解析图 ②0.58(0.57 到 0.59 均可) 65(64 到 66 均可) ③1′和 2′ 点评: 本题考查电路故障检测实验,主要考查学生实验操作能力及用所学知识解决实际问题的能力. 3.(2013 年安徽理综,21Ⅱ,6 分)(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金 丝直径的过程如图所示,校零时的读数为 mm,合金丝的直径为 mm.

(2)为了精确测量合金丝的电阻 Rx,设计出如图(甲)所示的实验电路图,按照该电路图完成图(乙)中的实物 电路连接.

解析:(1)校零时的读数为 0+0.7×0.01 mm=0.007 mm. 合金丝的直径为 0.645 mm-0.007 mm=0.638 mm.(在 0.636 mm~0.640 mm 都算对). (2)实物电路连接如图所示.

答案:(1)0.007 0.638

(2)见解析

4.(2013 年北京理综,21,18 分)某同学通过实验测定一个阻值约为 5 Ω 的电阻 Rx 的阻值. (1)现有电源(4 V,内阻可不计),滑动变阻器(0~50 Ω ,额定电流 2 A),开关和导线若干,以及下列电表. A.电流表(0~3 A,内阻约 0.025 Ω ) B.电流表(0~0.6 A,内阻约 0.125 Ω ) C.电压表(0~3 V,内阻约 3 kΩ ) D.电压表(0~15 V,内阻约 15 kΩ ) 为减小测量误差,在实验中,电流表应选用 应采用图(a)中的 ,电压表应选用 (选填器材前的字母);实验电路 (选填“甲”或“乙”).

(2)图(b)是测量 Rx 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 (b)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 (c)所示,可得该电阻的测量值 Rx=

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 因是 .(选填选项前的字母) A.电流表测量值小于流经 Rx 的电流值 B.电流表测量值大于流经 Rx 的电流值 C.电压表测量值小于 Rx 两端的电压值 D.电压表测量值大于 Rx 两端的电压值

;若在(1)问中选用乙电路,产生误差的主要原

(5)在不损坏电表的前提下,将滑动变阻器滑片 P 从一端滑向另一端,随滑片 P 移动距离 x 的增加,被测电阻 Rx 两端的电压 U 也随之增加,下列反映 U x 关系的示意图中正确的是 .

解析:(1)为了减小误差,应使电表读数为量程的 测电阻 Rx 的最大电流 Im=

1 2 ~ ,因电源电动势为 4 V,故电压表应选 C,因此通过被 2 3

R R 3 A=0.6 A,故电流表应选 B,本题测的是一个小电阻,即 V > ,所以应采用电流 5 R RA

表外接法,故采用图(a)中甲图. (2)电路连接如图所示.

(3)由题图(c)中可读出电流表的读数为 0.50 A,电压表的读数为 2.6 V,故 Rx=

U =5.2 Ω . I

(4)图(a)中甲图引起误差的原因主要是电压表的分流作用,即电流表的测量值大于流经 Rx 的电流值,选项 B 正确.图(a)中乙图引起误差的原因主要是电流表的分压作用,即电压表的测量值大于 Rx 两端的电压值,选项 D 正确. (5)因闭合开关前,滑动变阻器的滑片应处于最大阻值处,故将滑动变阻器滑片 P 从一端滑向另一端,随滑片 P 移动距离 x 的增加,电路中总阻值逐渐减小,电流逐渐增大,则被测电阻 Rx 两端的电压 U 也随之增加.设滑 动变阻器的总阻值为 R,两端总长度为 L 则接入电路的阻值为 R′=

R (L-x),故被测电阻两端的电压 L

U=

Rx E ,故选项 A 正确. R Rx ? ( L ? x ) L
甲 (2)见解析 (3)5.2 D (5)A

答案:(1)B C (4)B

5.(2012 年广东理综,34(1),9 分)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)和图(b)所示,长度为 cm,直径为 mm.

②按图(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 表示数为 I0; (b)将电阻箱 R2 的阻值调至最 数仍为 I0,此时 R2 阻值为 1 280 Ω ; 处(填“大”或“小”);将 S2 拨向接点 1,闭合 S1,调节 R1,使电流 (填“大”或“小”);S2 拨向接点 2;保持 R1 不变,调节 R2,使电流表示

③由此可知,圆柱体的电阻为 Ω. 解析:①主尺读数为 50 mm,游标尺的第一条刻度线与主尺对齐,读数为:1×0.1 mm=0.1 mm,则圆柱体长度 为:50 mm+0.1 mm=50.1 mm=5.01 cm. 螺旋测微器的固定刻度读数为 5 mm,可动刻度读数为 31.5×0.01 mm=0.315 mm(0.314 mm~0.317 mm 均可), 则圆柱体直径为:5 mm+0.315 mm=5.315 mm. ②(a)为防止损坏仪器,闭合电路前,应将滑动变阻器的电阻阻值置于最大处. (b)应将电阻箱的阻值由最大值向减小的方向调节,这样做安全. ③由于本实验采用等效替代法,故圆柱体电阻与电阻箱阻值相等,为 1 280 Ω . 答案:①5.01 5.315 ②大 大 ③1 280 6.(2012 年山东理综,21(2),7 分)在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下: 待测金属丝:Rx(阻值约 4 Ω ,额定电流约 0.5 A); 电压表:V(量程 3 V,内阻约 3 kΩ ); 电流表:A1(量程 0.6 A,内阻约 0.2 Ω ); A2(量程 3 A,内阻约 0.05 Ω ); 电源:E1(电动势 3 V,内阻不计); E2(电动势 12 V,内阻不计); 滑动变阻器:R(最大阻值约 20 Ω ); 螺旋测微器;毫米刻度尺;开关 S;导线; ①用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示,读数为 mm.

②若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电流表应选 号),在虚线框内完成电路原理图.

、电源应选

(均填器材代

解析:①螺旋测微器的读数:

d=1.5 mm+0.01 mm×27.3=1.773 mm,②待测金属丝额定电流约为 0.5 A,则电流表选 A1,又电压表量程为 3 V, 则电源选 E1.由

Rx R 3000 ≈20< V = ,可知应采用电流表外接法,所以电路图为限流外接,如图所示. RA Rx 4

答案:①1.773(1.771~1.775 均对) ②A1 E1 电路图见解析 7. (2011 年江苏卷,11,10 分)某同学利用如图所示的实验电路来测量电阻的阻值.

(1)将电阻箱接入 a、b 之间,闭合开关.适当调节滑动变阻器 R′后保持其阻值不变.改变电阻箱的阻值 R, 得到一组电压表的示数 U 与 R 的数据如下表:
电阻 R/Ω 电压 U/V 5.0 1.00 10.0 1.50 15.0 1.80 25.0 2.14 35.0 2.32 45.0 2.45

请根据实验数据作出 U R 关系图像.

(2)用待测电阻 Rx 替换电阻箱,读得电压表示数为 2.00 V.利用(1)中测绘的 U R 图像可得 Rx= 定某一电阻,则测定结果将 定?

Ω.

(3)使用较长时间后,电池的电动势可认为不变,但内阻增大.若仍用本实验装置和(1)中测绘的 U R 图像测 (选填“偏大”或“偏小”).现将一已知阻值为 10 Ω 的电阻换接在 a、 b 之间,你应如何调节滑动变阻器,便仍可利用本实验装置和(1)中测绘的 U R 图像实现对待测电阻的准确测 . 解析:(1)如图所示

(2)由(1)中 U R 图可知,2.00 V 电压对应电阻为 20 Ω ,故为 20(19~21 都对). (3)内阻增大时,有相同的外电阻,则电压表示数变小.仍用测绘的 U R 图像测电阻,结果偏小.改变滑动变阻 器阻值,使电压表示数为 1.50 V,便仍可利用本实验装置和(1)中测绘的 U R 图像实现对待测电阻的准确 测定. 答案:(1)图见解析 (3)偏小 (2)20(19~21 都对) 改变滑动变阻器阻值,使电压表示数为 1.50 V
2

8.(2011 年浙江理综,22,10 分)在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中,为了探究 3 根材料未 知,横截面积均为 S=0.20 mm 的金属丝 a、 b、 c 的电阻率,采用如图所示的实验电路.M 为金属丝 c 的左端点,O 为金属丝 a 的右端点,P 是金属丝上可移动的接触点.在实验过程中,电流表读数始终为 I=1.25 A,电压表读 数 U 随 OP 间距离 x 的变化如下表:

x/mm U/V x/mm U/V

600 3.95 1 600 6.93

700 4.50 1 800 7.02

800 5.10 2 000 7.15

900 5.90 2 100 7.85

1 000 6.50 2 200 8.50

1 200 6.65 2 300 9.05

1 400 6.82 2 400 9.75

(1)绘出电压表读数 U 随 OP 间距离 x 变化的图线; (2)求出金属丝的电阻率ρ ,并进行比较. 解析:(1)由表中数据描点连线如图所示.

(2)由题意 R=

U I
l S
US . I l

由电阻定律 R=ρ

联立上式解得:ρ = 代入数据 ρ a= ρ b= ρ c=

(6.50 ? 3.95) ? 0.20 ?10?6 -6 Ω ·m=1.02×10 Ω ·m ?3 1.25 ? (1000 ? 600) ?10 (7.15 ? 6.50) ? 0.20 ?10?6 -7 Ω ·m=1.04×10 Ω ·m 1.25 ? (2000 ? 1000) ?10?3 (9.75 ? 7.15) ? 0.20 ?10?6 -6 Ω ·m=1.04×10 Ω ·m 1.25 ? (2400 ? 2000) ?10?3

通过计算可知,金属丝 a 与 c 电阻率基本相同,远大于金属丝 b 的电阻率,电阻率允许范围

ρ a:0.96×10
-8

-6

Ω ·m~1.10×10
-7

-6

Ω ·m

ρ b:8.5×10 Ω ·m~1.10×10 Ω ·m -6 -6 ρ c:0.96×10 Ω ·m~1.10×10 Ω ·m. 答案:见解析

考点三 描绘小电珠的伏安特性曲线

★★★

1.(2013 年福建理综,19(2),12 分)硅光电池在无光照时不产生电能,可视为一电子元件.某实验小组设计如 图(甲)电路,给硅光电池加反向电压(硅光电池负极接高电势点,正极接低电势点),探究其在无光照时的反 向伏安特性.图中电压表 V1 量程选用 3 V,内阻为 6.0 kΩ ;电压表 V2 量程选用 15 V,内阻约为 30 kΩ ;R0 为保 护电阻;直流电源电动势 E 约为 12 V,内阻不计. ①根据图(甲),用笔画线代替导线,将图(乙)连接成完整电路.

②用遮光罩罩住硅光电池,闭合开关 S,调节变阻器 R,读出电压表 V1、V2 的示数 U1、U2. (ⅰ)某次测量时,电压表 V1 示数如图(丙),则 U1= mA(保留两位小数). (ⅱ)该小组测出大量数据,筛选出下表所示的 9 组 U1、U2 数据,算出相应的硅光电池两端反向电压 Ux 和通过 的反向电流 Ix(表中“-”表示反向),并在坐标纸上建立 Ix Ux 坐标系,标出了与表中前 5 组 Ux、Ix 数据对应 的 5 个坐标点.请你标出余下的 4 个坐标点,并绘出 Ix Ux 图线.
1 U1/V U2/V Ux/V Ix/mA 0.00 0.0 0.0 0.00 2 0.00 1.0 -1.0 0.00 3 0.06 2.1 -2.0 -0.01 4 0.12 3.1 -3.0 -0.02 5 0.24 4.2 -4.0 -0.04 6 0.42 5.4 -5.0 -0.07 7 0.72 6.7 -6.0 -0.12 8 1.14 8.1 -7.0 -0.19 9 1.74 9.7 -8.0 -0.29

V.可算出通过硅光电池的反向电流大小为

(ⅲ)由 Ix Ux 图线可知,硅光电池无光照下加反向电压时,Ix 与 Ux 成 解析:①实物图如图(甲)所示

(填 “线性” 或 “非线性” )关系.

②(ⅰ)由题图知,电压表读数为 1.40 V,通过硅光电池的反向电流等于通过电压表 V1 的电流,故 I=

U1 1.40 = A≈0.23 mA. RV1 6.0 ? 103

(ⅱ)先在坐标纸上描点,然后用平滑的曲线将其连接起来,如图(乙)所示.

(ⅲ)因图线为曲线,故 Ix 与 Ux 成非线性关系. 答案:①如解析图(甲)所示 ②(ⅰ)1.40 0.23 (ⅱ)如解析图(乙)所示 (ⅲ)非线性

2.(2013 年天津理综,9(3),7 分)要测绘一个标有“3 V,0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需 要由零逐渐增加到 3 V,并便于操作.已选用的器材有: 电池组(电动势为 4.5 V,内阻约 1 Ω ); 电流表(量程为 0~250 mA,内阻约 5 Ω ); 电压表(量程为 0~3 V,内阻约 3 kΩ ); 开关一个、导线若干. ①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 A.滑动变阻器(最大阻值 20 Ω , 额定电流 1 A) ②实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号).

B.滑动变阻器(最大阻值 1 750 Ω ,额定电流 0.3 A) (填字母代号).

③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.如果将这个小灯泡接到电动势为 1.5 V,内阻为 5 Ω 的电源两 端,小灯泡消耗的功率是 W.

解析:①描绘小灯泡伏安特性曲线实验要求电压调节范围大,因此滑动变阻器 采用分压式,由于小灯泡的电阻较小,选用最大阻值较小的滑动变阻器 A;② 由于小灯泡的电阻比较小,并且电压从零开始调节,因此电路采用外接分压式, 选用 B 图;③由 E=U+Ir,得 I=

E 1 - U,即 I=0.3-0.2U,画出电源的伏安特性曲 r r

线,如图所示,两个图线的交点即为小灯泡接在电源两端时小灯泡中的电流与 小灯泡两端的电压,U=1.0 V,I=0.10 A,因此小灯泡消耗的功率为 P=UI=1.0×0.10 W=0.1 W. 答案:①A ②B ③0.1 3.(2012 年四川理综,22(2),10 分)某学习小组的同学拟探究小灯泡 L 的伏安特性曲线,可供选用的器材 如下: 小灯泡 L,规格“4.0 V,0.7 A”; 电流表 A1,量程 3 A,内阻约为 0.1 Ω ; 电流表 A2,量程 0.6 A,内阻 r2=0.2 Ω ; 电压表 V,量程 3 V,内阻 rV=9 kΩ ; 标准电阻 R1,阻值 1 Ω ; 标准电阻 R2,阻值 3 kΩ ; 滑动变阻器 R,阻值范围 0~10 Ω ; 学生电源 E,电动势 6 V,电阻不计; 开关 S 及导线若干. (1)甲同学设计了如图 1 所示的电路来进行测量,当通过 L 的电流为 0.46 A 时,电压表的示数如图 2 所示, 此时 L 的电阻为 Ω.

(2)乙同学又设计了如图 3 所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在 L 上的电压值是 V.

(3)学习小组认为要想更准确地描绘出 L 完整的伏安特性曲线,需要重新设计电路.请你在乙同学的基础上 利用所供器材,在图 4 所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号.

解析: (1)由串并联知识得:RL=

U , U I? rV

电压表读数为 2.30 V.则 RL=5 Ω . (2)UL=U+

U ·R2=4 V. rV

(3)如图所示

答案: (1)5 压为 2.5 V.

(2)4

(3)图见解析

4.(2012 年安徽理综,21(Ⅱ),8 分)图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图.已知小灯泡额定电

(1)完成下列实验步骤: ①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片, ②闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片, ; ;

③断开开关,??.根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线. (2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图.

解析:(1)①据实物图,分压电路开始应使小灯泡分压最小,滑片应在最左端.②描绘小灯泡的伏安特性曲线 需记录多组数据. (2)如图所示.

答案:(1)①使它靠近变阻器左端的接线柱 至电压达到额定电压 (2)图见解析

②增加小灯泡两端的电压,记录多组电压表、电流表的读数,直

点评: (1)力、电两实验均源于课本的典型实验,难度不大,考查常规,不偏不怪. (2)两实验考查了实验原理、实验步骤、注意事项、数据处理,只要基础扎实,做起来必会得心应手. 5.(2011 年福建理综,19(2),12 分)某同学在探究规格为“6 V,3 W”的小电珠伏安特性曲线实验中: ①在小电珠接入电路前,使用多用电表直接测量小电珠的电阻,则应将选择开关旋至 挡进行测 量.(填选项前的字母) A.直流电压 10 V B.直流电流 5 mA C.欧姆×100 D.欧姆×1 ②该同学采用图(甲)所示的电路进行测量.图中 R 为滑动变阻器(阻值范围 0~20 Ω ,额定电流 1.0 A),L 为 待测小电珠, 为电压表(量程 6 V,内阻 20 kΩ ), 为电流表(量程 0.6 A,内阻 1 Ω ),E 为电源(电动

势 8 V,内阻不计),S 为开关.

Ⅰ.在实验过程中,开关 S 闭合前,滑动变阻器的滑片 P 应置于最

端;(填“左”或“右”)

Ⅱ.在实验过程中,已知各元器件均无故障,但闭合开关 S 后,无论如何调节滑片 P,电压表和电流表的示数总 是调不到零,其原因是 点至 点的导线没有连接好;(图(甲)中的黑色小圆点表示接线点,并 用数字标记,空格中请填写图(甲)中的数字,如“2 点至 3 点”的导线) Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图(乙)所示,则小电珠的电阻值随工作电压的增大 而 .(填“不变”、“增大”或“减小”)

解析:①R 珠=

U2 =12 Ω ,故选择开关应旋至欧姆×1 挡进行测量. P

②Ⅰ.在实验时,闭合开关前,应使用电器的电压、电流为最小值,故应使滑片 P 置于最左端. Ⅱ.若 1 点到 5 点未接好,则电路成为滑动变阻器的限流式电路. Ⅲ.由图(乙)可知小电珠电阻随电压的增大而增大. 答案:①D ②Ⅰ.左 Ⅱ.1 5(或 5 1) Ⅲ.增大

考点四 测定电源电动势和内阻

★★★★

1.(2013 年安徽理综,21Ⅲ,7 分)根据闭合电路欧姆定律,用图(甲)所示电路可以测定电池的电动势和内电 阻.图中 R0 是定值电阻,通过改变 R 的阻值,测出 R0 两端的对应电压 U12,对所得的实验数据进行处理,就可以 实现测量目的.根据实验数据在 据分析和处理.

1 R 坐标系中描出坐标点,如图(乙)所示.已知 R0=150 Ω ,请完成以下数 U12

(1)图(乙)中电阻为 (2)在坐标纸上画出 (3)图线的斜率是

Ω 的数据点应剔除;

1 R 的关系图线; U12
(V ·Ω ),由此可得电池电动势 Ex=
-1 -1

V.

解析:根据闭合电路欧姆定律得: Ex=U12+I(R+rx),I= 整理得:U12= 变形得:

U12 , R0

R0 Ex , R0 ? rx ? R

r 1 1 1 = + x + R. U12 Ex R0 E x R0 E x 1 1 和 R 是线性关系,其图像为直线,R=80.0 Ω 的数据点偏离直线太远,应剔除.画 R 关系 U12 U12 1 . R0 E x

从上式看出

图线时,应使大多数点落在直线上,不在直线上的点分布在直线两侧,图线如图所示.图线的斜率 k= 在图线上选取相距较远的两点(0,0.71)和(180,1.51),得出 k=

1.51 ? 0.71 -1 -1 -3 -1 -1 V ·Ω ≈4.44×10 V ·Ω , 180 ? 0
1 1 = V≈1.50 V. kR0 4.44 ?10?3 ?150

Ex=

答案:(1)80.0

(2)见解析 (3)4.44×10

-3

1.50

2.(2013 年浙江理综,22,10 分)采用如图(甲)所示的电路“测定电池的电动势和内阻”.

(1)除了选用图(乙)中的部分器材外,

(填选项);

A.还需要电压表

B.还需要电流表

C.还需要学生电源 D.不再需要其他器材 (2)测量所得数据如下:
测量次数 物理量 R/Ω I/A U/V 1 1.2 0.60 0.90 2 1.0 0.70 0.78 3 0.8 0.80 0.74 4 0.6 0.89 0.67 5 0.4 1.00 0.62 6 0.2 1.20 0.43

用作图法求得电池的内阻 r= ; (3)根据第 5 次所测得的实验数据,求得电流表内阻 RA= (2)作出 U I 图像,由图像斜率可求得 r=(0.75±0.10)Ω . (3)由欧姆定律得:R+RA=

.

解析:(1)选 A,图中已有电流表、电阻箱和干电池,还缺少电压表.

U U ,得 RA= -R=0.22 Ω . I I

答案:(1)A (2)(0.75±0.10)Ω

(3)0.22 Ω

3.(2012 年福建理综,19(2),12 分)某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势 E. (1)先直接用多用电表测定该电池电动势.在操作无误的情况下,多用电表表盘示数如图,其示数为 V.

(2)然后,用电压表

、电阻箱 R、定值电阻 R0、开关 S、若干导线和该电池组成电路,测定该电池电

动势. ①根据电路图,用笔画线代替导线,将实物图连接成完整电路.

②闭合开关 S,调整电阻箱阻值 R,读出电压表
R(Ω ) U(V) 1/R (×10-2 Ω -1) 1/U (V-1) 166.7 8.3 0.60 0.12

相应示数 U.该学习小组测出大量数据,分析筛选出下表所
71.4 5.9 1.40 0.17 50.0 4.8 2.00 0.21 33.3 4.2 3.00 0.24 25.0 3.2 4.00 0.31 20.0 2.9 5.00 0.35

示的 R、U 数据,并计算出相应的 1/R 与 1/U 的值.请用表中数据在坐标纸上描点,并作出 1/U 1/R 图线.

③从图线中可求得 E=

V.

解析:(1)电压表量程为 10 V,最小刻度为 0.2 V,不能往下位估读,则指针示数为 9.4 V. (2)①按电路图连接,注意电流从正接线柱接入电压表,从负接线柱流出,注意电路连线不能交叉.如图所示.

②描点作图,用“×”描点,连线要过尽量多的点,不过的点要尽可能对称地分布在线的两侧.如图所示.

③电路中电流 I=

U ① R

电阻箱的电压 U=E-I(R0+r)② 由①②得 当

R ?r 1 1 1 = ·( 0 )+ , E E U R 1 1 -1 -1 图线求得截距为 0.10 V ,即 =0.10 V ,E=10.0 V(9.5 V~11.1 V 均正确). R E

1 1 1 1 =0 时, = ,由 R E U U

答案:见解析 4.(2012 年重庆理综,22(2),13 分)某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果 汁电池,他们测量这种电池的电动势 E 和内阻 r,并探究电极间距对 E 和 r 的影响.实验器材如图(甲)所示.

(1)测量 E 和 r 的实验方案为:调节滑动变阻器,改变电源两端的电压 U 和流过电源的电流 I,依据公 式 接电路. (3)实验中依次减小铜片与锌片的间距,分别得到相应果汁电池的 U I 图像如图(乙)中(a)、(b)、(c)、(d) 所示,由此可知: 在该实验中,随电极间距的减小,电源电动势 (填“增大”、“减小”或“不变”). 曲线(c)对应的电源电动势 E= 功率 P= V,内阻 r= Ω ,当外电路总电阻为 2 500 Ω 时,该电源的输出 mW.(均保留 3 位有效数字) (填“增大”、“减小”或“不变”),电源内阻 ,利用测量数据作出 U I 图像,得出 E 和 r. (2)将电压表视为理想表,要求避免电流表分压作用对测量结果的影响,请在图(甲)中用笔画线代替导线连

解析:(1)由闭合电路欧姆定律得:U=E-Ir. (2)

(3)由 U=E-Ir,知 U I 图像的纵轴截距为电源电动势,斜率的绝对值为内阻,故电极间距减小,电源电动势不 变,内阻增大,由(c)曲线知,电动势 E=0.975 V,内阻 r=478 Ω ,由 P=( 答案:(1)U=E-Ir (2)见解析

E 2 ) ·R 得 P≈0.268 mW. R?r

(3)不变 增大 0.975 478 0.268 5.(2011 年四川理综,22(2),10 分)为测量一电源的电动势及内阻

(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为 9 V 的电压表 A.量程为 1 V、内阻大约为 1 kΩ 的电压表 V1 B.量程为 2 V、内阻大约为 2 kΩ 的电压表 V2 C.量程为 3 V、内阻为 3 kΩ 的电压表 V3 选择电压表 串联 kΩ 的电阻可以改装成量程为 9 V 的电压表. 、 或 与一个电

(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号

阻串联来表示,且可视为理想电压表),在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图. (3)根据以上实验原理电路图进行实验,读出电压表示数为 1.50 V 时、电阻箱的阻值为 15.0 Ω ;电压表示 数为 2.00 V 时,电阻箱的阻值为 40.0 Ω ,则电源的电动势 E= V、内阻 r= Ω. 解析: (1) 改装电压表需根据电压表内阻计算分压电阻的电阻值,V3 表的量程扩大 3 倍即为改装的电压表, 故应选 C,要将量程为 3 V,内阻 3 kΩ 的电压表改装为量程为 9 V 的电压表,串联分压电阻的阻值为 R=

9?3 Ω =6 000 Ω =6 kΩ . 3 3 ? 103
(2)测电源电动势和内阻的实验原理电路图如图所示

(3)据闭合电路欧姆定律,得: E= E=

U ( R ? R) U1 (R3+R)+ 1 3 ·r R3 R3 R1 U 2 ( R3 ? R) U2 (R3+R)+ ·r R3 R3 R2

代入 U1=1.50 V,R1=15.0 Ω , U2=2.00 V,R2=40.0 Ω , R3=3 kΩ ,R=6 kΩ . 解得:E=7.50 V,r=10.0 Ω . 答案: (1)C 6 (2)见解析图 (3)7.50 10.0 6.(2010 年江苏卷,10,8 分)在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用电压表(视为理想电压表)的量 程较小,某同学设计了如图所示的实物电路.

(1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到

.(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)

(2)改变电阻箱的阻值 R,分别测出阻值 R0=10 Ω 的定值电阻两端的电压 U,下列两组 R 的取值方案中,比较合 理的方案是 .(选填“1”或“2”)
方案编号 1 400.0 350.0 电阻箱的阻值 R/Ω 300.0 250.0 200.0

2

80.0

70.0

60.0

50.0

40.0

(3)根据实验数据描点,绘出的 源的电动势 E=

1 1 R 图像是一条直线.若直线的斜率为 k,在 坐标轴上的截距为 b,则该电 U U
.(用 k、b 和 R0 表示)

,内阻 r=

解析:(1)为保护电表和元件,使电路中电流最小,电阻箱的电阻应调至最大值. (2)电压表最大量程为 3 V,所以电阻箱两端的最小电压约为 9 V-3 V=6 V,流过的最大电流约为 I= A,故电阻箱的最小阻值 R=

3V =0.3 10?

6V =20 Ω ,故方案 2 比较合理. 0.3 A
U (R+r), R0

(3)由闭合电路的欧姆定律 E=U+ 故

1 1 1 = (R+r)+ , E U ER0 1 r 1 ,b= + , ER0 ER0 E 1 b ,r= -R0. kR0 k
(2)2 (3)

故 k=

解得 E=

答案:(1)最大值

1 kR0

b -R0 k

点评: 此题重点考查了测电源电动势和内阻的创新方案及实验数据的处理方法.灵活掌握闭合电路欧姆定 律的变形公式是处理

1 R 图像的关键. U
和 测量干电池电动势 E 和内阻 r 的电路原理

7.(2009 年海南卷,14,11 分)图 1 是利用两个电流表 图.图中 S 为开关,R 为滑动变阻器,固定电阻 R1 和 大得多), 为理想电流表.

内阻之和为 10 000 Ω (比 r 和滑动变阻器的总电阻都

①按电路原理图在图 2 虚线框内各实物图之间画出连线. ②在闭合开关 S 前,将滑动变阻器的滑动端 c 移动至 (填“a 端”、“中央”或“b 端”). 和 的示数 I1 和 I2.多次改变滑

③闭合开关 S,移动滑动变阻器的滑动端 c 至某一位置,读出电流表 动端 c 的位置,得到的数据为
I1(mA) I2(mA) 0.120 480 0.125 400 0.130 320 0.135 232

0.140 140

0.145 68

在图 3 所示的坐标纸上以 I1 为纵坐标、I2 为横坐标画出所对应的 I1 I2 曲线. ④利用所得曲线求的电源的电动势 E= V,内阻 r= Ω .(保留 2 位小数)

⑤该电路中电源输出的短路电流 Im=

A.

解析:②实验前滑动变阻器接入电路电阻值最大; ④由图线上读出两组数值,代入 E=I1R1+(I1+I2)r 构成方程组联立求解 E 和 r; ⑤短路电流 Im=E/r. 答案:①连线如图所示,

②b 端 ③如图所示.

④1.49(1.48~1.50),0.60(0.55~0.65) ⑤2.4(2.3~2.7) 点评: “测电源的电动势和内阻”实验有多种方法:伏—安法、电压表—电阻箱法、电流表—电阻箱法、 伏—伏法、安—安法等,无论哪种方法,实验的理论依据都是闭合电路的欧姆定律.

考点五 传感器的简单使用

★★★

1.(2011 年江苏卷,6,4 分)美国科学家 Willard S.Boyle 与 George E.Smith 因电荷耦合器件(CCD)的重 要发明荣获 2009 年度诺贝尔物理学奖.CCD 是将光学量转变成电学量的传感器.下列器件可作为传感器的 有( ) A.发光二极管 B.热敏电阻 C.霍尔元件 D.干电池 解析:能将非电学量转换为电学量的元件有热敏电阻、霍尔元件,而发光二极管、干电池不能. 答案:BC 点评: 本题考查传感器基本知识,属容易题.不要误选 A,发光二极管是将电学量变成非电学量,属于用 电器.

2.(2010 年新课标全国理综,23,11 分)用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻 RT,在给定温度范围内, 其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将 RT 和两个适当的固定电阻 R1、R2 连成图 1 虚线框内所示的电路, 以使电路的等效电阻 RL 的阻值随 RT 所处环境温度的变化近似为线性的,且具有合适的阻值范围.为了验证这 个设计,他采用伏安法测量在不同温度下 RL 的阻值,测量电路如图 1 所示,图中的电压表内阻很大.RL 的测量 结果如下表所示.

温度 t/℃ RL 阻值/Ω

30.0 54.3

40.0 51.5

50.0 48.3

60.0 44.7

70.0 41.4

80.0 37.9

90.0 34.7

回答下列问题: (1)根据图 1 所示的电路,在图 2 所示的实物图上连线.

(2)为了检验 RL 与 t 之间近似为线性关系,在坐标纸上作 RL t 关系图线.

(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图 4、图 5 所示.电流表的读数为 读数为 .此时等效电阻 RL 的阻值为 ;热敏电阻所处环境的温度约为 .

,电压表的

解析:因为电流表的最小刻度为 5 mA,故读数时只需要精确到 1 mA,所以电流表的读数为 115 mA,而电压表 的最小刻度为 0.1 V,故读数时要估读到 0.01 V,所以电压表的读数为 5.00 V.等效电阻 RL= 结合图像可知热敏电阻所处环境的温度约为 64.0 ℃(62.0 ℃~66.0 ℃均可). 答案:(1)连线如图所示

U ≈43.5 Ω , I

(2)RL t 关系曲线如图所示

(3)115 mA 5.00 V 43.5 Ω 64.0 ℃(62.0 ℃~66.0 ℃均可) 点评: 本题意在考查实验仪器的读数、电学实物图的连接等实际操作能力以及对实验数据的处理能力.

考点六 创新设计性实验

★★★★

1.(2013 年新课标全国卷Ⅱ,23,7 分)某同学用量程为 1 mA、内阻为 120 Ω 的表头按图(a)所示电路改装成 量程分别为 1 V 和 1 A 的多用电表.图中 R1 和 R2 为定值电阻,S 为开关.回答下列问题: (1)根据图(a)所示的电路,在图(b)所示的实物图上连线.

(2)开关 S 闭合时,多用电表用于测量 表用于测量 (3)表笔 A 应为 (4)定值电阻的阻值 R1=

(填“电流”、“电压”或“电阻”);开关 S 断开时,多用电

(填“电流”、“电压”或“电阻”). 色(填“红”或“黑”). Ω ,R2= Ω .(结果取 3 位有效数字)

解析:将表头改装成电压表时,需串联一电阻进行分压,而改装成电流表时则需并联一 电阻分流,因此闭合开关后,R1 与电流表并联,则改装成一电流表,断开开关,R2 与表头 串联则改装成一电压表.多用电表内部表头的正极在右侧,即电流应从表笔 B 流入,从 表笔 A 流出,则表笔 A 为黑色.当断开 S 时,电压表的量程 U=1 V,则 Ig(R2+r)=U,解得 R2=880 Ω .当闭合 S 时,电流表的量程为 I=1 A,则 Ig(R2+r)=(I-Ig)R1,解得 R1≈1.00 Ω . 答案:(1)如解析图所示 (3)黑 (4)1.00 880 (2)电流 电压

2.(2013 年四川理综,8(1),6 分)在探究两电荷间相互作用力的大小与哪些因素有关的实验中,一同学猜想 可能与两电荷的间距和带电荷量有关.他选用带正电的小球 A 和 B,A 球放在可移动的绝缘座上,B 球用绝缘 丝线悬挂于玻璃棒 C 点,如图所示.

实验时,先保持两球电荷量不变,使 A 球从远处逐渐向 B 球靠近,观察到两球距离越小,B 球悬线的偏角越大; 再保持两球距离不变,改变小球所带的电荷量,观察到电荷量越大,B 球悬线的偏角越大. 实验表明:两电荷之间的相互作用力,随其距离的 此同学在探究中应用的科学方法是 绎法”). 解析:根据平衡条件可知,电荷间的相互作用力越大,悬线偏角越大.所以两电荷之间的相互作用力,随距离 的减小而增大,随其所带电荷量的增大而增大.所以在探究中应用的应当是控制变量法. 答案:减小 增大 控制变量法 点评: 本题考查了利用控制变量法探究两电荷间作用力的大小与哪些因素有关.难度较小,但角度新颖,命 题时体现了物理常用的研究问题的思想方法. 3.(2013 年山东理综,21(2),8 分)霍尔效应是电磁基本现象之一,近期我国科学家在该领域的实验研究上取 得了突破性进展.如图(甲)所示,在一矩形半导体薄片的 P、Q 间通入电流 I,同时外加与薄片垂直的磁场 B, 在 M、N 间出现电压 UH,这个现象称为霍尔效应,UH 为霍尔电压,且满足 UH=k 尔系数.某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数. 而增大,随其所带电荷量的 而增大. (选填:“累积法”、“等效替代法”、“控制变量法”或“演

IB ,式中 d 为薄片的厚度,k 为霍 d

(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图(甲)所示,该同学用电压表测量 UH 时,应将电压表的“+”接线柱与 (填“M”或“N”)端通过导线连接.

(2)已知薄片厚度 d=0.40 mm,该同学保持磁感应强度 B=0.10 T 不变,改变电流 I 的大小,测量相应的 UH 值, 记录数据如下表所示.
I(×10-3 A) UH(×10-3 V) 3.0 1.1 6.0 1.9 9.0 3.4 12.0 4.5
-3

15.0 6.2
-1 -1

18.0 6.8

根据表中数据画出 UH I 图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为 效数字).

×10 V·m·A ·T (保留 2 位有

(3)该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系 数的测量误差,为此该同学设计了如图(乙)所示的测量电路,S1、S2 均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄 片(未画出).为使电流从 Q 端流入,P 端流出,应将 S1 掷向 “c”或“d”). (填“a”或“b”), S2 掷向 (填

为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串联在电路中.在保持其他连接不变的情 况下,该定值电阻应串接在相邻器件 和 (填器件代号)之间. 解析:(1)矩形半导体薄片中的电流方向如图(甲)所示,由 P 指向 Q,由左手定则知带正电粒子受到的洛伦兹 力从 N 端指向 M 端,带正电粒子向 M 端偏转,故 M 端聚集正电荷,M 端电势高于 N 端,电压表的“+”接线柱接 M 端; (2)由 UH=k

U d ?U H (6.8 ? 1.1) ?10?3 IB 得霍尔系数为 k= H ,由图像得 k′= = V/A=0.38 V/A, (18.0 ? 3.0) ? 10?3 IB ?I d

故 k=0.38×
-3

0.40 ?10?3 -1 -1 V·m·A ·T 0.1
-1 -1

≈1.5×10 V·m·A ·T ; (3)为使电流自 Q 端流入,P 端流出,应将 S1 掷向 b,将 S2 掷向 c;为保证测量安全,定值电阻应接在 S1 和 E(或 S2 和 E)之间. 答案:见解析 4.(2013 年江苏卷,10,8 分)为探究小灯泡的电功率 P 和电压 U 的关系,小明测量小灯泡的电压 U 和电流 I, 利用 P=UI 得到电功率.实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V 1.8 W”,电源为 12 V 的电池,滑动变阻器的最 大阻值为 10 Ω . (1)准备使用的实物电路如图(甲)所示.请将滑动变阻器接入电路的正确位置.(用笔画线代替导线)

(2)现有 10 Ω 、20 Ω 和 50 Ω 的定值电阻,电路中的电阻 R1 应选 (3)测量结束后,应先断开开关,拆除
2

Ω 的定值电阻.

两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材.

(4)小明处理数据后将 P、U 描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如图(乙)所示.请指出图像中不恰当的 地方.

解析:(1)由于电压调节范围大,因此滑动变阻器用分压接法;由于小灯泡的额定电流 I= 表选用 0.6 A 的量程.连线如图所示.

P =0.6 A,因此电流 U

(2)电路中定值电阻起保护作用,电池的电动势为 12 V,小灯泡的内阻为 R=

U2 9 = Ω =5 Ω ,因此小灯泡和 P 1.8

滑动变阻器并联后的最大电阻为

3V 9V 5 ? 10 10 Ω= Ω ,要使小灯泡两端的电压能达到 3 V,由 = 可知,R1 10 R 5 ? 10 3 1 ? 3

不能超过 10 Ω ,所以 R1 选 10 Ω . (3)测量结束后,应先断开开关,拆除电池两端的导线,防止电池出现短路以致被烧毁. (4)描点时,应用平滑曲线或直线连接各点,显然,根据题中描点作出的应是一条曲线.由于小灯泡的电阻随 着电压的变化而变化,由 P=

U2 知,图像的斜率是变化的,因此图线应是一条曲线.画图线取标度时,应使点 R

尽可能分布在整个坐标纸上,显然该同学的横坐标的标度选取不恰当. 答案:(1)见解析 (2)10 (3)电池 (4)图线不应画为直线;横坐标的标度选取不恰当 5.(2012 年新课标全国理综,23,10 分)图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场.现通过 测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向.所用部分器材已在图 中给出,其中 D 为位于纸面内的 U 形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长;E 为直流电源;R 为电阻箱;A 为 电流表;S 为开关.此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线.

(1)在图中画线连接成实验电路图. (2)完成下列主要实验步骤中的填空: ①按图接线. ②保持开关 S 断开,在托盘内加入适量细沙,使 D 处于平衡状态;然后用天平称出细沙质量 m1. ③闭合开关 S,调节 R 的值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使 D 并用天平称出 . ④用米尺测量 . (3)用测得的物理量和重力加速度 g 表示磁感应强度的大小,可以得出 B= (4)判定磁感应强度方向的方法是:若 纸面向里. . ;然后读出 ,

,磁感应强度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直

解析:将电源、开关、电流表、电阻箱和 U 形金属框串联成闭合电路;设 U 形金属框质量为 m,当开关 S 断开 时,根据 D 平衡的条件,有 mg=m1g.当开关 S 闭合时,D 受安培力,设电流表的示数为 I,细沙质量为 m2,再根据 D 平衡有 mg+BIl=m2g,可解出磁感应强度 B=

m2 ? m1 Il

g.根据左手定则可以判断 m2>m1 时,U 形金属框所受的安

培力向下,磁感应强度的方向垂直于纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直于纸面向里. 答案:(1)电路如图所示

(2)③重新处于平衡状态 ④D 的底边长度 l (3)

电流表 A 的示数 I

此时细沙的质量 m2

m2 ? m1 Il

(4)m2>m1

6.(2011 年新课标全国理综,22,5 分)为了测量一微安表头 A 的内阻,某同学设计了如图所示的电路.图中,A0 是标准电流表,R0 和 RN 分别是滑动变阻器和电阻箱,S 和 S1 分别是单刀双掷开关和单刀开关,E 是电池.完成下 列实验步骤中的填空:

(1)将 S 拨向接点 1,接通 S1,调节 (2)然后将 S 拨向接点 2,调节 ,使 (3)多次重复上述过程,计算 RN 读数的

,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时 ,记下此时 RN 的读数; ,此即为待测微安表头内阻的测量值.

的读数 I;

解析:本题为用替代法测电阻,保证电流相同,则可以用已知电阻箱的数值代替待测电阻,所以接通 S1,调节 R0,记下此时 A0 的读数 I,然后将 S 拨向 2,调节电阻箱 RN,使 A0 的读数仍为 I,记下此时 RN 的读数,多次重复操 作,取 RN 读数的平均值,减小实验误差. 答案:(1)R0 A0 (2)RN A0 的读数仍为 I (3)平均值 的量程为 Ig=600 μ A、 内阻为

7.(2011 年海南卷,13,6 分)图 1 是改装并校准电流表的电路图.已知表头 Rg, 是标准电流表.要求改装后的电流表量程为 I=60 mA.完成下列填空: (用 Ig、Rg 和 I 表示).

(1)图 1 中分流电阻 Rp 的阻值应为

(2)在电表改装完成后的某次校准测量中, mA.此时流过分流电阻 Rp 的电流为

表的示数如图 2 所示,由此读出流过 mA(保留 1 位小数).

电流表的电流为

解析:(1)由 IgRg=(I-Ig)Rp 得 Rp=

I g Rg I ? Ig

.

(2)

表示数 I′=49.5 mA,由 IpRp=I′·

Rg RP Rg ? RP

,

得 Ip=

I ? Ig I

·I′=

60 ? 600 ?10?3 ×49.5 mA≈49.0 mA. 60

答案:(1)

I g Rg I ? Ig

(2)49.5 49.0

8.(2011 年山东理综,23(2),5 分)某同学利用图(甲)所示电路,探究了电源在不同负载下的输出功率. (1)所得实验数据如下表,请在给出的直角坐标系上画出 U I 图像.

U/V I/A

1.96 0.05

1.86 0.15

1.80 0.25

1.84 0.35

1.64 0.45

1.56 0.55

(2)根据所画 U I 图像,可求得电流 I=0.20 A 时电源的输出功率为

W.(保留 2 位有效数字)

(3)实验完成后,该同学对实验方案进行了反思,认为按图(甲)电路进行实验操作的过程中存在安全隐患,并 对电路重新设计.在图(乙)所示的电路中,你认为既能测出电源在不同负载下的输出功率,又能消除安全隐 患的是 .(Rx 阻值未知)

解析:(1)由表中数据描点连线,如图所示.

(2)由图像知 I=0.20 A 时,U=1.84 V, 电源的输出功率 P 出=IU≈0.37 W. (3)a 图中,当滑动变阻器移到最右端,使 Rx 短路,或 Rx 太小时,易使电流过大,烧坏电表和电源,d 图中,不能 测出电源输出功率,故选 b、c. 答案:(1)见解析 (2)0.37(或 0.36) (3)bc

模拟试题
考点一 基本仪器的原理及使用
1.(2013 河南三市联考)在“测金属的电阻率”的实验中,分别用游标卡尺和螺旋测微器测出用金属材料制 成的一段圆柱体的长度和横截面的直径如图所示.则该圆柱体的长度为 mm. mm,横截面的直径为

解析:根据游标卡尺读数规则,该圆柱体的长度为 49 mm+3×0.05 mm=49.15 mm,根据螺旋测微器读数规则, 圆柱体横截面的直径为 4.5 mm+19.9×0.01 mm=4.699 mm. 答案:49.15 4.699 2.(2013 浙江五校联考)如图所示的电路中,1、2、3、4、5、6 为连接点的标号.在开关闭合后,发现小灯泡 不亮.现用多用电表检查电路故障,需要检测的有:电源、开关、小灯泡、3 根导线以及电路中的各连接点.

为了检测小灯泡、开关以及 3 根导线: (1)在连接点 1、2 已接好的情况下,应当选用多用电表的 (2)在连接点 1、2 同时断开的情况下,应当选用多用电表的 挡,进行检查; 挡,进行检查; .

(3)在开关闭合情况下,若测得 3、4 两点间的电压接近电源的电动势,则表明

解析:在连接点 1、2 已接好的情况下,电源接入电路,应当选用多用电表的电压挡,进行检查;在连接点 1、2 同时断开的情况下,应当选用多用电表的欧姆挡,进行检查;在开关闭合情况下,若测得 3、 4 两点间的电压接 近电源的电动势,则表明多用电表电压挡与电源构成通路,表明小灯泡断路. 答案:(1)电压 (2)欧姆 (3)小灯泡断路 ; 3.(2013 江苏苏南四校联考)指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器,请完成下列问题: (1)在使用多用电表测量时,指针的位置如图(a)所示,若选择开关拨至“×1”挡,则测量的结果为 若选择开关拨至“50 mA”挡,则测量结果为 .

(2)多用电表测未知电阻阻值的电路如图(b)所示,电池的电动势为 E、内阻为 r,R0 为调零电阻,Rg 为表头内 阻,电路中电流 I 与待测电阻的阻值 Rx 关系图像如图(c)所示,则该图像的函数关系式为 (3)下列根据图(c)中 I Rx 图线做出的解释或判断中正确的是(多选)( A.因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的示数左小右大 B.欧姆表调零的实质是通过调节 R0 使 Rx=0 时电路中的电流 I=Ig C.Rx 越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示数左密右疏 D.测量中,当 Rx 的阻值为图(c)中的 R2 时,指针位于表盘中央位置的左侧 解析:由闭合电路欧姆定律,I= 小,选项 A 错误,B、C、D 正确. 答案:(1)18 Ω (2)I= 23.0 mA (3)BCD ) ;

E .因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的示数左大右 r ? R0 ? Rg ? Rx

E r ? R0 ? Rg ? Rx

考点二 电阻的测量及测定金属的电阻率
4.(2013 安徽师大附中一模)小明利用实验室提供的器材测量某种电阻丝材料的电阻率,所用电阻丝的电阻 约为 20 Ω .他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 A1(量程 0~100 mA,内阻约 5Ω ); 电流表 A2(量程 0~0.6 A,内阻约 0.2 Ω ); 电阻箱 R(0~999.9Ω ); 开关、导线若干.

小明的实验操作步骤如下: A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径; B.根据所提供的实验器材,设计并连接好如图(甲)所示的实验电路; C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大,闭合开关; D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,调整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,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电流表再次满偏.重复多次,记录每 一次电阻箱的电阻值 R 和接入电路的电阻丝长度 L. F.断开开关. (1)小明某次用螺旋测微器测量电阻丝直径时其示数如图(乙)所示,则这次测量中该电阻丝直径的测量值 d= mm; (选填“A1”或“A2”); (2)实验中电流表应选择

(3)小明用记录的多组电阻箱的电阻值 R 和对应的接入电路中电阻丝长度 L 的数据,绘出了如图(丙)所示的 R L 关系图线,图线在 R 轴的截距为 R0,在 L 轴的截距为 L0,再结合测出的电阻丝直径 d,可求出这种电阻丝材 料的电阻率ρ = (用给定的物理量符号和已知常数表示). (4)若在本实验中的操作、 读数及计算均正确无误,那么由于电流表内阻的存在,对电阻率的测量结果是否会 产生影响?若有影响,请说明测量结果将偏大还是偏小.(不要求写出分析的过程,只回答出分析结果即可) 答: .

解析:(1)d=0.5 mm+23.0×0.01 mm=0.730 mm. (2)若电流表选择 A2,那么电路中的总电阻应该约为 5 Ω ,电阻丝的可调范围太小,不合适,若电流表选择 A1, 那么电路中的总电阻应该约为 30 Ω ,电阻丝的可调范围较大,比较合适,所以应该选择 A1. (3)根据题意,实验过程中电路的总电阻不变,电阻箱与电阻丝的总电阻也不变,即 R+ρ Δ R=ρ 又 S=

L =R 总,所以 S

?R ?R R0 ?L ,ρ = S,根据图(丙)所示的 R L 关系图线, = , ?L ?L L0 S

πd 2 R0 1 2 π d ,所以ρ = . 4 L0 4

(4)无论电流表内有无电阻,当电流表保持满偏时,电路的总电阻仍不变,电阻箱与电阻丝的总电阻也不变, 所以不产生影响. 答案:(1)0.730 (2)A1 (4)不产生影响 5.(2013 浙江温州八校联考)某兴趣小组欲通过测定工业污水(含多种重金属离子)的电阻率来判断某工厂废 水是否达到排放标准(一般工业废水电阻率的达标值为ρ ≥200 Ω ·m).如图所示为该小组所用盛水容器, 其左、右两侧面为金属薄板(电阻极小),其余四面由绝缘材料制成,左右两侧带有接线柱.容器内表面长 a= 40 cm,宽 b=20 cm,高 c=10 cm.将水样注满容器后,进行以下操作: (3)

πd 2 R0 4 L0

(1)分别用多用电表欧姆挡的“×1k”、“×100”两档粗测水样的电阻值时,表盘上指针如图所示,则所测 水样的电阻约为 Ω.

(2)为更精确地测量所取水样的电阻,该小组从实验室中找到如下实验器材: A.电流表(量程 3 mA,电阻 RA 为 5 Ω ) B.电压表(量程 6 V,电阻 RV 约为 10 kΩ ) C.滑动变阻器(0~20 Ω ,额定电流 1 A) D.电源(6 V,内阻约 1 Ω ) E.开关一只、导线若干

请在实物图中完成电路连接.

(3)正确连接电路后,闭合开关,测得一组 U、 I 数据;再调节滑动变阻器,重复上述测量步骤,得出一系列数据 如表所示,请在坐标纸中作出 U I 关系图线.
U/V I/mA 1.1 0.50 1.8 0.82 3.0 1.36 3.8 1.73 4.7 2.13

(4)由以上测量数据可以求出待测水样的电阻率为 (选填“达标”或“不达标”).

Ω ·m.据此可知,所测水样在电阻率这一指标上

解析:(1)根据多用电表测量电阻时要尽可能使指针指在中间附近,所以按照右图读数,读数为 17.5×100 Ω =1 750 Ω . (2)因为要精确测量电阻值,需要电路中电压有较大的变化范围,而滑动变阻器阻值又远小于待测电阻,所以 连线时滑动变阻器要用分压接法,又因为电流表内阻已知,则采用电流表内接法,电路连接如图(a)所示.

(3)让绝大多数的点在直线上,其余各点均匀地分布在直线两侧,如图(b)所示. (4)由图线斜率可知,总电阻为 2200(±5) Ω ,(理论上 R=R 总-RA=2 195 Ω ,但由于实验的偶然误差可能比 5 Ω 还要大,因此,电流表电阻可以忽略),根据电阻定律 R=ρ ρ <200 Ω ·m,因此,不达标. 答案:(1)1 750 (2)图见解析 (3)图见解析 (4)110.0(±0.3) 不达标 点评: 此题考查了基本测量仪器的读数方法、电流表的内外接法选择、滑动变阻器的分压与限流的接法选 择,解题时应把握电流表内、外接法的原则及滑动变阻器分压与限流接法的区别.

l ,代入数据得ρ =110.0(±0.3) Ω ·m,由于 S

考点三 描绘小电珠的伏安特性曲线
6.(2013 四川宜宾市一诊)在“描绘额定电压为 2.5 V 的小灯泡的 I U 曲线”实验中,用导线 a、b、c、d、e、 f、g、h 按图(甲)所示方式连接电路,电路中所有元器件都完好. (1)请根据实物图的电路连接在图(乙)中虚线框内画出实验原理图;

(2)合上开关后,若反复调节滑动变阻器,小灯泡亮度发生变化,但电压表、 电流表的示数不能调为零,则断路 的导线为
U/V I/A

.
0.40 0.10 0.80 0.16 1.20 0.20 1.60 0.23 2.00 0.25 2.50 0.26

(3)实验电路故障完全排除后,实验中测得有关数据如下表:

根据表中的实验数据,在图(丙)中画出小灯泡的 I U 特性曲线.

(4)若已知小灯泡灯丝在 27 ℃时电阻值约为 1.5 Ω ,并且其电阻值与灯丝的热力学温度 T(T=273+t)成正比, 试估算该灯泡以额定功率工作时灯丝的温度约为 ℃.(保留 3 位有效数字)

解析:(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线,电压、电流值要能调为 0,所以滑动变阻器采用分压式连接;小灯泡的 电阻较小,伏安法采用电流表外接法,由图(甲)画出实验原理图如图 1 所示. (2)电压表、电流表的读数不能调为零,滑动变阻器的连接方式不再是分压式连接,g 导线断路,滑动变阻器 的连接方式变成了限流式连接. (3)设计纵坐标为 I,横坐标为 U,根据表格中的数据在坐标纸上描点,然后将这些点连成平滑的曲线,小灯泡 的 I U 特性曲线如图 2 所示.

(4)从 I U 特性曲线可知,当小灯泡的电压为 2.5 V 时,小灯泡的电流为 0.26 A,此时小灯泡的阻值为 R=

U 2.5V 1.5? 273 ? 27 3 = ≈9.6 Ω ,由题意有 = ,得出 t=1 647 ℃≈1.65×10 ℃. I 0.26 A 9.6? 273 ? t
(2)g
3

答案:(1)图见解析
3

(3)图见解析
3

(4)1.65×10 (1.58×10 ~1.65×10 ) 7.(2013 广东佛山市质检)用发光二极管制成的 LED 灯具有发光效率高、使用寿命长等优点,在生产与生活 中得到广泛应用.某同学找到一个 LED 灯泡,研究它的特性,测得它两端电压 U 和通过的电流 I,数据如下表:
1 U/V I/mA 0.00 0.00 2 ? ? 3 ? ? 4 ? ? 5 2.60 1.29 6 2.72 5.77 7 2.80 8.71 8 2.92 19.05 9 3.00 27.30 10 3.17 38.86 11 3.30 50.63 12 3.50 68.00

实验室提供的器材如下: A.电流表(量程 0~0.6 A,内阻约 1 Ω ) B.电流表(量程 0~100 mA,内阻约 50 Ω ) C.电压表(量程 0~6 V,内阻约 50 kΩ ) D.电压表(量程 0~15 V,内阻约 60 kΩ ) E.电源(电动势 6 V,内阻不计) F.滑动变阻器(阻值范围 0~10 Ω ,允许最大电流 3 A) G.开关,导线

(1)该同学做实验时,电压表选用的是

,电流表选用的是

(填选项字母);

(2)请在图中以笔划线代替导线,按实验要求将实物图中的连线补充完整;

(3)开关 S 闭合之前,电路图中滑动变阻器的滑片应该置于 (4)若该 LED 灯泡的额定电压为 3 V,则此 LED 灯泡的额定功率为

(选填 “A 端” 、 “B 端” 或 “AB 正中间” ). .

解析:(1)根据表中测量的数据可知,电压表的量程应选择 0~6 V,电流表的量程应选择 0~100 mA. (2)由表格中数据可知,灯泡的电压从零开始调节,滑动变阻器采用分压式连接;由表格中数据灯泡的电阻值 满足 R≤ RA RV ,电流表采用外接法,所以设计电路如图所示.

(3)为了 LED 灯泡的安全,LED 灯泡的电压应从最小开始调节,所以在开关 S 闭合之前,图中滑动变阻器的滑 片应该置于 A 端. (4)由表格中数据可知,该 LED 灯泡的额定电压为 3 V,额定电流为 27.30 mA,则该 LED 灯泡的额定功率为 P=UI=3×27.30×10 W=8.19×10 答案:(1)C B (4)8.19×10 W
-2 -3 -2

W.

(2)图见解析 (3)A 端

考点四 测定电源电动势和内阻
8.(2013 山东名校质检)用电阻箱、多用电表、开关和导线测一节干电池的电动势和内阻. (1)将图(甲)的实物连接成可完成实验的电路;

(2)完成以下步骤的相关内容: ①将多用电表的选择开关旋转至 挡(填“×1 Ω ”、“直流电压 2.5 V”或“直流电流 100 mA”); Ω; ②调节电阻箱,示数如图(乙)所示,读得电阻值 R1= ③合上开关,从多用电表上读得数值为 x1; ④重复②、③,收集多组 R 和 x 的数据. (3)某同学根据自己设计的实验以及收集到的数据,作出了如图(丙)所示的 R 电动势 E=

1 图线,由此可知,干电池的 x
的阻值之和.

V(计算结果保留 3 位有效数字);图线纵轴截距的绝对值代表

解析:若将多用电表的选择开关旋转至直流电压 2.5 V,如图(a)所示.根据闭合电路欧姆定律,E=U+ 能得到如图(丙)所示的 R

U r,不 R

1 图线. x

若将多用电表的选择开关旋转至直流电流 100 mA,如图(b)所示.根据闭合电路欧姆定律,E=I(R+r+R′),可 得:R=E

1 1 1 -(r+R′),可以得到如图(丙)所示的 R 图线.R 图线的斜率等于干电池电动势 E=1.46 V.图 I x x

线纵轴截距的绝对值代表多用电表与干电池的阻值之和. 答案:(1)图见解析 (2)①直流电压 2.5 V 或直流电流 100 mA ②12 器材: 待测电源(电动势约为 4 V,内阻约为 2 Ω ); 一个阻值未知的电阻 R0(阻值约为 5 Ω ); 两个电压表(内阻很大,有 5 V、15 V 两个量程); 电流表(内阻约为 1 Ω ,量程 500 mA); 滑动变阻器 A(0~20 Ω ,3 A); 滑动变阻器 B(0~200 Ω ,0.2 A); 开关一个,导线若干. 该同学想在完成实验“测电源电动势和内阻”的同时测出定值电阻 R0 的阻值,设计了如图所示的电路.实验 时他用 U1、U2、I 分别表示电表 V1、V2、A 的读数.在将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时,记录了 U1、U2、 I 的一系列值.其后他在两张坐标纸上各作了一条图线来处理实验数据,并计算了电源电动势、内阻以及定 值电阻 R0 的阻值. (3)1.46 多用电表与干电池 9.(2013 河南中原名校联考)某同学到实验室做“测电源电动势和内阻”的实验时,发现实验台上有以下

根据题中所给信息解答下列问题: (1)在电压表 V1 接入电路时应选择的量程是 ,滑动变阻器应选择 (填器材代号 “A” 或 “B” ); 、 表 、

(2)在坐标纸上作图线时,用来计算电源电动势和内阻的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用 表示;用来计算定值电阻 R0 的图线的横坐标轴、 纵坐标轴分别应该用 示.(填“U1、U2、I”或由它们组成的算式) (3)若实验中的所有操作和数据处理无错误,实验中测得的定值电阻 R0 的值 于”或“等于”)其真实值.

(选填“大于”、 “小

解析:(1)由于待测电源电动势约为 4 V,所以在电压表 V1 接入电路时应选择的量程是 5 V.由欧姆定律,外电 路最小电阻为 R=E/I=8 Ω ,滑动变阻器应选择 0~20 Ω 的滑动变阻器 A. (2)根据电路图、伏安特性曲线和有关知识,用来计算电源电动势和内阻的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别 应该用 I、U1 表示;用来计算定值电阻 R0 的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用 I、U1-U2 表示. (3)实验中,定值电阻 R0 的电压是真实电压,而电流表读数小于真实电流,所以定值电阻 R0 的测量值大于真 实值. 答案:(1)5 V A (2)I U1 I U1-U2 (3)大于

考点五 传感器的简单使用
10.(2013 江苏连云港摸底)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.图(甲)所示为某同学用传 感器做实验得到的小灯泡的 U I 关系图线.

(1)实验室提供的器材有:电流传感器、电压传感器、滑动变阻器 A(阻值范围 0~10 Ω )、滑动变阻器 B(阻 值范围 0~100 Ω )、电动势为 6 V 的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干.该同学做实验时,滑动变 阻器选用的是 灯泡的电功率为 阻器分压接法如图所示. (选填“A”或“B”);请在图(乙)的方框中画出该实验的电路图. W,电源的内阻为 Ω. (2)如果将该小灯泡接入图(丙)所示的电路中,已知电流传感器的示数为 0.3 A,电源电动势为 3 V.则此时小 解析:(1)由于小灯泡电阻较小,电路应该设计成电流传感器外接.描绘小灯泡伏安特性曲线,设计成滑动变

(2)将该小灯泡接入图(丙)所示的电路中,已知电流传感器的示数为 0.3 A,电源电动势为 3 V,在小灯泡伏安 特性曲线上找出对应电流为 0.3 A 的点,该点纵横坐标的乘积 0.3 A×2.3 V=0.69 W,为此时小灯泡的电功 率.由 E=U+Ir 得 r≈2.3 Ω . 答案:(1)A 电路图见解析 (2)0.69(0.66~0.72 内都对) 2.3(2~2.67 内都对) 11.(2012 山东日照模拟)热敏电阻是传感电路中常用的电子元件,现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的 伏安特性曲线,要求曲线尽可能完整. 已知常温下待测热敏电阻的阻值约 40~50 Ω .热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中,杯内有一定量的冷 水,其他备用的仪表和器具有:盛有热水的水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻 约 1 Ω )、直流电压表(内阻约 5 kΩ )、滑动变阻器(0~10 Ω )、开关、导线若干.

(1)图中,a、b、c 三条图线能反映出热敏电阻的伏安特性的曲线是 (3)根据电路图,在实物图上连线.

.

(2)在虚线框中画出实验电路图(热敏电阻在虚线框中已画出),要求测量误差尽可能小. 解析:(1)热敏电阻随温度的升高,阻值减小,那么其 I U 图线上各点的横坐标值 U 与纵坐标值 I 的比值随 U 的增大而减小,可见 c 正确. (2)热敏电阻的阻值约 40~50 Ω .由电压表、电流表内阻知

RV Rx > ,电流表应用 Rx RA

“外接法”;因要描绘伏安特性曲线,电压从 0 开始连续变化,因此滑动变阻器采用 “分压式”接法,电路图如图所示. (3)根据电路图,先从电源的正极或负极开始依次连接开关和滑动变阻器下面的两个 接线柱,再从滑动变阻器上面的一个接线柱开始,依次连接热敏电阻、 电流表,最后连 接到电源的正极或负极,具体要根据电流表的连接方式判断;最后再将电压表与热敏电阻并联.如图所示.

答案:(1)c (2)电路图见解析 (3)实物连线见解析

考点六 创新设计性实验
12.(2013 四川乐山市调研)某实验室提供的实验器材如下: A.一节干电池 E(电动势 1.5 V,内阻约 0.5 Ω ) B.一个电压表 C.一个电流表 (量程 0~1 V,内阻约 1 kΩ ) (量程 0~4 mA,内阻在 60~90 Ω 之间)

D.一个定值电阻 R0(电阻 200 Ω ,允许的最大电流为 0.5 A) E.一个滑动变阻器 R(电阻 10 Ω ,允许的最大电流为 1 A) F.一个单刀单掷开关 S,导线若干 为了扩大其中电流表 的量程,需要先测出电流表的内阻.为此,某同学根据提供的器材设计了一种利用

伏安法进行测量的较为合理的电路,并在实验中正确操作,测出了几组数据,作出了电压表的示数 U 和电流 表的示数 I 的关系图线(如图(甲)). (1)请你根据提供的器材和该同学的测量数据在图(乙)的虚线框中画出该同学设计的实验电路图(需标注各 元件的符号). (2)该同学测出的 表的内阻为 Ω .(结果保留 3 位有效数字)

解析:(1)由图(甲)可知,实验中电流值和电压值都从 0 变化,所以滑动变阻器采用分压式连接;电流表量程 很小,应串联定值电阻 R0 起保护作用;用电压表测量电流表和定值电阻 R0 的总电压,设计出的实验电路图如 图所示.

(2)由实验电路图可知 U=I(RA+R0), 得出 RA=

U 1.0 -R0= Ω -200 Ω ≈77.8 Ω . 3.6 ?10?3 I
(2)77.8(77.0~83.0 均可)

答案:(1)见解析

13.(2012 山西四校联考)某同学测绘标有“4.8 V 0.3 A”字样的小灯泡的电功率 P 随电压 U 变化的图像, 要使小灯泡两端的电压从 0 V 到 4.8 V 连续变化,为了使测量尽可能准确,除了导线和开关外,可供选择的仪 器还有: A.电流表(量程为 0.6 A,内阻约为 1 Ω ) B.电流表(量程为 3 A,内阻约为 0.2 Ω ) C.电压表(量程为 6 V,内阻约为 2 kΩ ) D.电压表(量程为 15 V,内阻约为 4.5 kΩ ) E.滑动变阻器(阻值范围为 0~20 Ω ,额定电流为 2 A)

F.滑动变阻器(阻值范围为 0~2 kΩ ,额定电流为 0.5 A) G.电池组(电动势为 6 V,内阻约为 1 Ω ) (1)选用的器材代号为 . Ω. (2)在图(甲)所示的虚线框中画出实验电路图. (3)根据实验测量的数据描出 P U 图像,如图(乙)所示,小灯泡在 1.5 V 电压下的阻值为

解析:(1)依题意知,实验要求小灯泡两端的电压从 0 V 到 4.8 V 连续变化,所以滑动变阻器采用分压式接法; 又因小灯泡的电阻只有 R=

U 4.8 = Ω =16 Ω ,所以滑动变阻器选用阻值范围较小的 E 即可;因电池组电动势 I 0.3

为 6 V,为保证电压表读数的准确性,电压表应选量程为 6 V 的 C;因小灯泡的额定电流为 0.3 A,为保证电流 表读数的准确性,电流表应选量程为 0.6 A 的 A;电池组只能选 G.故选用的器材代号为 ACEG. (2)根据第(1)问的分析可知,滑动变阻器采用分压式接法,电流表采用外接法,如图所示.

(3)由题图(乙)可知,加在小灯泡两端电压为 1.5 V 时,其消耗的功率为 0.1 W,将以上两个数值代入得 R=

U 2 1.52 = Ω =22.5 Ω . P 0.1
(2)见解析 (3)22.5 Ω .(保留两位有效

答案:(1)ACEG

14.(2013 四川成都市一诊)某学习小组的同学欲测一只有刻度无示数的电流表的内阻和满偏电流. (1)他们先用欧姆表“×10”挡粗测电流表内阻,指针稳定时如图所示,其示数为 数字)

(2)接着他们利用下列器材进行测量.要求:测量精度尽可能高,电表读数变化范围尽可能大,滑动变阻器调 节范围尽量大. 待测电流表 A1:量程 1 mA 左右,共有 N 格; 电流表 A2:量程 10 mA,内阻 r2=10 Ω 电流表 A3:量程 10 mA,内阻 9 Ω 左右; 滑动变阻器 R1:最大阻值 5 Ω ,额定电流 2 A; 定值电阻 R2:阻值 R2=120 Ω ; 电池组 E:电动势约为 5 V,内阻约 1 Ω ; 开关 S 一个,导线若干. a.在方框内画出你帮他们设计的电路图并标明所选器材的代码;

b.若 A2、A3 表的示数分别为 I2、I3 时,电流表 A1 偏转了 N1 格,则 A1 表的内阻为 为 .(结果用 I2、I3、N1、N、r2 表示) 解析:(1)指针指在“7”处,倍率为“×10”,所以欧姆表示数为 70 Ω .

、满偏电流

(2)a.因为电流表 A2 的内阻 r2=10 Ω 是一个确定的值,欲测待测电流表 A1 的内阻和满偏电流,应将电流表 A2 和电流表 A1 并联,然后与电流表 A3 串联,电流表 A3 测量电流表 A2 和电流表 A1 总电流值.题意要求电表读数变 化范围尽可能大,滑动变阻器调节范围尽量大,滑动变阻器采用分压式连接,定值电阻 R2 为干路的保护电阻, 设计的电路图如图所示.

b.实验原理表达式为 I2r2=(I3-I2)r1,得出电流表 A1 的内阻 r1= 电流表 A1 的满偏电流 Ig= 答案:(1)70 (2)a.见解析 b.

I 2 r2 N ;电流表 A1 的示数 I1=I3-I2= 1 Ig,得出 I3 ? I 2 N

N ( I3 ? I 2 ) . N1 N ( I3 ? I 2 ) N1

I 2 r2 I3 ? I 2


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