1、考点13 电学实验1.(2014新课标全国卷)利用如图甲所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:待测电源,电阻箱R(最大阻值999.9),电阻R0(阻值为3.0),电阻R1(阻值为3.0),电流表(量程为200 mA,内阻为RA=6.0),开关S。实验步骤如下:将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;以为纵坐标,R为横坐标,作图线(用直线拟合);求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。回答下列问题:(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则与R的关系式为。(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R =3.0时电流表的示数如图乙
2、所示,读出数据,完成下表。答:,。R/1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.1250.1000.0910.0840.077I-1/A-16.998.0010.011.011.913.0(3)在图丙的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k=A-1-1,截距b=A-1。(4)根据图线求得电源电动势E=V,内阻r=。【解题指南】本题要首先利用闭合电路欧姆定律得出I与R的函数关系,然后变形成y=kx+b这样的一次函数。【解析】本题考查了测量电源电动势和内电阻。(1)电流表电阻是R1的2倍,所以干路电流为3I,根据闭合电路欧姆定律代入数据,化简得。(2)电流表每小
3、格表示2 mA,因此电流表读数是0.110 A,倒数是9.09 A-1。(3)根据坐标纸上给出的点,画出一条直线,得出斜率k=1.0A-1-1,截距b=6.0A-1。(4)斜率,因此V,截距,。答案:(1) (2)0.1109.09(3)1.0(或在0.961.04之间)6.0(或在5.96.1之间)(4)3.0(或在2.73.3之间)1.0(或在0.61.4之间)2.(2014北京高考)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。(1)应该选择的实验电路是图1中的(选填“甲”或“乙”)。(2)现有电流表(00.6A)、开关和导线若干以及以下器材:A.电压表(015
4、 V)B.电压表(03 V)C.滑动变阻器(050)D.滑动变阻器(0500)实验中电压表应选用;滑动变阻器应选用。(选填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的6组数据如下表所示,其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出U-I图线。序号123456电压U/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.0600.1200.2400.2600.3600.480(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=V,内电阻r=。(5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。图3的各示意图中正确反映P-U关
5、系的是。【解析】(1)干电池的内阻较小,电压表的分流作用可以忽略,所以选甲图电路。(2)依据安全、精确、方便的原则:电源电压为一节干电池,大约为1.5 V,所以电压表应选B;滑动变阻器串联在电路中,其阻值应选与待测电阻阻值(大约几欧)相当的,应该选C。(3)先描点,再作图,第四个点误差较大,应该舍去,如图所示。(4)U轴的截距为电动势,为1.50V,直线的斜率为内阻r=0.83。(5)随着U的增大,外电阻是不断增大的,当滑动变阻器的阻值等于电源内阻时,电源的输出功率最大;当U与E相等时,则意味着外电阻为无穷大,处于断路状态,电路中电流为零,此时电源输出功率P为零,C正确。答案:(1)甲(2)B
6、C(3)见解析(4)1.500.83(5)C【误区警示】本题计算斜率时容易写成r= 而出错,原因是没有看清U轴起点并不是0,应该写成r=才可;判断P-U关系时容易错选D,原因是没有考虑到U=E时外电路已断路,输出功率P一定为零。3. (2014安徽高考)某同学为了测量一个量程为3V的电压表的内阻,进行了如下实验。(1)他先用多用表进行了正确的测量,测量时指针位置如图甲所示,得出电压表的内阻为3.00103,此时电压表的指针也偏转了。已知多用表欧姆挡表盘中央刻度值为“15”,表内电池电动势为1.5 V,则电压表的示数应为V(结果保留两位有效数字)。(2)为了更准确地测量该电压表的内阻RV,该同学
7、设计了图乙所示的电路图,实验步骤如下:A.断开开关S,按图乙连接好电路;B.把滑动变阻器R的滑片P滑到b端;C.将电阻箱R0的阻值调到零;D.闭合开关S;E.移动滑动变阻器R的滑片P的位置,使电压表的指针指到3V的位置;F.保持滑动变阻器R的滑片P位置不变,调节电阻箱R0的阻值使电压表指针指到1.5V位置,读出此时电阻箱R0的阻值,此值即为电压表内阻RV的测量值;G.断开开关S。实验中可供选择的实验器材有:a.待测电压表b.滑动变阻器:最大阻值2 000c.滑动变阻器:最大阻值10d.电阻箱:最大阻值9 999.9,阻值最小改变量为0.1e.电阻箱:最大阻值999.9,阻值最小改变量为0.1f
8、.电池组:电动势约6 V,内阻可忽略g.开关,导线若干按照这位同学设计的实验方法,回答下列问题:要使测量更精确,除了选用电池组、导线、开关和待测电压表外,还应从提供的滑动变阻器中选用(选填“b”或“c”),电阻箱中选用(选填“d”或“e”)。电压表内阻的测量值R测和真实值R真相比,R测R真(选填“”或“R真。RV越大,外电阻越大,干路电流越小,外电阻变化时,外电压的变化量越小,故R测误差越小,从而越小。答案:(1)1.0(2)cd小【误区警示】本题中电压表半偏时,电阻箱的电压与电压表电压大小关系不清楚,导致答案错误。4.(2014浙江高考)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣,于是用伏安法测量其电
9、阻值。(1)图甲是部分连接好的实物电路图,请用电流表外接法完成接线并在图甲中画出。(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性,并将得到的电流、电压数据描到U-I图上,如图乙所示。在图中,由电流表外接法得到的数据点是用(选填“”或“”)表示的。(3)请你选择一组数据点,在图乙上用作图法作图,并求出这段铅笔芯的电阻为。【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)知道内接法和外接法的连接方式;(2)知道物理作图方式。【解析】(1)根据外接法的连接方式连接实物图。(2)用“”表示的数据点是由电流表外接法得到的,R=(1.11.3)。(3)用“”数据点连线,R=(1.51.
10、7)。答案:见解析5.(2014福建高考)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻,实验原理如图甲所示,其中,虚线框内为用灵敏电流计改装的电流表,为标准电压表,E为待测电池组,S为开关,R为滑动变阻器,R0是标称值为4.0的定值电阻。已知灵敏电流计的满偏电流Ig=100A、内阻rg=2.0k,若要改装后的电流表满偏电流为200mA,应并联一只(保留一位小数)的定值电阻R1;根据图甲,用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路;某次实验的数据如下表所示:测量次数12345678电压表读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表读数I/mA2040608
11、0100120140160该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r=(保留两位小数);为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是 。该小组在前面实验的基础上,为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标准电池组,通过上述方法多次测量后发现:电动势的测量值与已知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误,则内阻测量值总是偏大的原因是。(填选项前的字母)A.电压表内阻的影响B.滑动变阻器的最大阻值偏小C.R1的实际阻值比计算值偏小D.R0的实际阻值比标称值偏大【解题指南】解答本题时应明确以下三点:(1
12、)电表的改装原理;(2)“逐差法”的理解与迁移;(3)等效内阻与误差分析。【解析】据(I-Ig)R1=Igrg可得R1=1.0。依电路图连接实物图如图所示借鉴逐差法有r内+R0=,电池组的内阻r内=r-R0=5.66-4.0=1.66,逐差法的优点是充分利用已测得的数据,减小偶然误差。若考虑电压表内阻的影响,则内阻的测量值比真实值小,滑动变阻器的最大值对测量结果无影响,A、B错误;据r内=r-R0可知R0的实际阻值比标称值大,则内阻的测量值总是偏大,D正确;R1的实际阻值比计算值小,则实际通过电流表的电流大于示数,据可知内阻的测量值偏大,C正确。答案:1.0见解析图1.66充分利用已测得的数据
13、,减小偶然误差C、D6.(2014四川高考)如图是测量阻值约几十欧的未知电阻Rx的原理图,图中R0是保护电阻(10),R1是电阻箱(099.9),R是滑动变阻器,A1和A2是电流表,E是电源(电动势10V,内阻很小)。在保证安全和满足要求的情况下,使测量范围尽可能大。实验具体步骤如下:()连接好电路,将滑动变阻器R调到最大;()闭合S,从最大值开始调节电阻箱R1,先调R1为适当值,再调节滑动变阻器R,使A1示数I1=0.15A,记下此时电阻箱的阻值R1和A2的示数I2;()重复步骤(),再测量6组R1和I2值;()将实验测得的7组数据在坐标纸上描点。根据实验回答以下问题:现有四只供选用的电流表
14、:A.电流表(03mA,内阻为2.0)B.电流表(03mA,内阻未知)C.电流表(00.3A,内阻为5.0)D.电流表(00.3A,内阻未知)A1应选用,A2应选用。测得一组R1和I2值后,调整电阻箱R1,使其阻值变小,要使A1示数I1=0.15A,应让滑动变阻器R接入电路的阻值(选填“不变”“变大”或“变小”)。在坐标纸上画出R1与I2的关系图。根据以上实验得出Rx=。【解析】假设Rx约为20,则流过A2的电流约为,则电流表的量程应选00.3A,若已知A2的内阻,R1与I2可组成一次函数图像,便于求出Rx。R1阻值变小,并联部分电阻变小,不计电源内阻,若保持I1不变,应使R接入电路的阻值变大
15、。如图所示由题意知,即,由图像的斜率可求得=240,代入数据解得Rx=31。答案:DC变大见解析图317.(2014广东高考)某同学设计的可调电源电路如图甲所示,R0为保护电阻,P为滑动变阻器的滑片,闭合电键S。用电压表测量A、B两端的电压:将电压表调零,选择03V挡,示数如图乙,电压值为V。在接通外电路之前,为了保证外电路的安全,滑片P应先置于端。要使输出电压U变大,滑片P应向端滑动。若电源电路中不接入R0,则在使用过程中,存在(选填“断路”或“短路”)的风险。【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:(1)电压表如何进行读数。(2)如何保证外电路的安全,即让外电路的初始电压最小。(3)滑
16、动变阻器分压式接法的特点。【解析】选择03V挡,则读下面的数据,再估读一位,电压值为1.30V;为了保证外电路的安全,接通电路后应让输出电压为最小,当滑片P置于A端时,接通外电路之后输出电压为0,这样能保证外电路的安全;要增大外电路电压,需要使滑片滑向B端;保护电阻的作用是防止电流过大,如果电路中不接入保护电阻,可能会存在短路的风险。答案:1.30AB短路8.(2014山东高考)实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度。该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2,查得铜的电阻率为1.710-8m,再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度。可
17、供使用的器材有:电流表:量程0.6A,内阻约0.2;电压表:量程3V,内阻约9k;滑动变阻器R1:最大阻值5;滑动变阻器R2:最大阻值20;定值电阻:R0=3电源:电动势6V,内阻可不计;开关、导线若干。回答下列问题:(1)实验中滑动变阻器应选(选填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至(选填“a”或“b”)端。(2)在实物图丙中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接。(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50A时,电压表示数如图乙所示,读数为V。(4)导线实际长度为m(保留2位有效数字)。【解析】(1)被测电阻的阻值约为,而电路中最大电流为Im=0.6A,所以电
18、路中总电阻的最小值为,则滑动变阻器的阻值最小为R动=R-Rx-R0=5.3,故滑动变阻器应选择R2;在电路中滑动变阻器为限流接法,闭合开关之前,其阻值应置于最大值处,即a处。(2)电路连接如图所示(3)电压表的读数为2.30V。(4)被测电阻的测量值为,代入数据,解得导线的实际长度为l=94m。答案:(1)R2a(2)见解析(3)2.30(4)94【误区警示】本题中滑动变阻器容易误选阻值较小的R1,原因在于没有考虑电路中电表的安全问题,如果选择R1,则电路中的最小电流就会大于电流表的量程,电表将被烧坏。9.(2014江苏高考)某同学通过实验测量一种合金的电阻率。(1)用螺旋测微器测量合金丝的直
19、径。为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧如图所示的部件(选填“A”“B”“C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径mm。(2)如图所示是测量合金丝电阻的电路,相关器材的规格已在图中标出。合上开关,将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断:电路中(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了(选填“短路”或“断路”)。(3)在电路故障被排除后,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA,由此,该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7。为了更准确地测出合金丝的阻值,在不更换实验器材的条件下,对实验应做
20、怎样的改进?请写出两条建议。 。【解析】(1)为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧部件B。图中螺旋测微器的读数为0.410mm。(2)图示位置发生很小的变化即电压表读数3V左右,电流表读数几乎为0。7、9间断路会出现这个情况。(3)根据电压表和电流表的内阻,计算电阻值,因为Rx30,所以要用电流表内接。故改进方面为改用电流表内接;测量多组电流和电压值,计算出电阻的平均值。(或测量多组电流和电压值,用图像法求电阻)答案:(1)B0.410(2)7、9断路(3)见解析【误区警示】螺旋测微器一般考查读数,但是第(1)问考查了旋钮的功能,很多同学可能选择D导致错误;另外估读部分漏掉致错。第(2
21、)问中的问题是判断8、9断路致错,第(3)问主要是不能根据数据回答完整。10.(2014重庆高考)某照明电路出现故障,其电路如图甲所示,该电路用标称值12V的蓄电池为电源,导线及其接触完好。维修人员使用已调好的多用表直流50V挡检测故障。他将黑表笔接在c点,用红表笔分别探测电路的a、b点。断开开关,红表笔接a点时多用表指示如图乙所示,读数为V,说明正常(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”)。红表笔接b点,断开开关时,表针不偏转,闭合开关后,多用表指示仍然和图乙相同,可判定发生故障的器件是(选填“蓄电池”“保险丝”“开关”或“小灯”)。【解题指南】解答本题需注意以下三点:(1)多用电表直
22、流50V的刻度值为1V,读数时需估读到0.1V。(2)电压表有示数,则电压表与电源组成的电路为通路,该部分电路无故障。(3)电压表无示数,则电压表与电源组成的电路为断路,该部分电路有故障。【解析】多用电表直流50V的量程读中间均匀部分,共50格,每格1V,应该估读到0.1V,指针在1112之间,读数为11.5V。开关断开,相当于电压表并联在蓄电池两端,读出了蓄电池的电压,故蓄电池是正常的。两表笔接b、c之间并闭合开关,测得相同电压,说明a、b之间是通路,b、c之间是断路,故障器件是小灯。答案:11.5(11.211.8)蓄电池小灯11.(2014新课标全国卷)在伏安法测电阻的实验中,待测电阻R
23、x约为200,电压表的内阻约为2k,电流表的内阻约为10,测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示,结果由公式Rx=计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则(选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。【解题指南】解答本题时应注意理解以下两点:(1)当时采用内接法,当时采用外接法;(2)内接法测量值大于电阻的真实值,外接法测量值小于电阻的真实值。【解析】由于,所以采取电流表内接法测量更准确,即题图甲电路测量,R
24、x1更接近待测电阻真实值;题图甲电路测量由于电流表的分压使测量值大于真实值;题图乙电路测量由于电压表的分流使测量值小于真实值。答案:Rx1大于小于12.(2014天津高考)现要测量一个未知电阻Rx的阻值,除Rx外可用的器材有:多用电表(仅可使用欧姆挡);一个电池组E(电动势6 V);一个滑动变阻器R(020,额定电流1 A);两个相同的电流表G(内阻Rg=1000,满偏电流Ig=100A);两个标准电阻(R1=29000,R2=0.1);一个电键S、导线若干。为了设计电路,先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻,采用“10”挡,调零后测量该电阻,发现指针偏转非常大,最后几乎紧挨满偏刻度停下来,下列判
25、断和做法正确的是(填字母代号)。A.这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆B.这个电阻阻值很大,估计有几千欧姆C.如需进一步测量可换“1”挡,调零后测量D.如需进一步测量可换“1 k”挡,调零后测量根据粗测的判断,设计一个测量电路,要求测量尽量准确并使电路能耗较小,画出实验电路图,并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。【解析】因为多用电表指针几乎满偏,故可知所测电阻很小,只有几欧姆,A对,B错;根据欧姆表的特点,若要进一步精确测量,应换用小倍率,并进行欧姆调零,C对,D错。根据伏安法测电阻原理和串、并联电路规律,可将一个电流表串联电阻R1后测量电压,另一个电流表并联R2后测量电流,题目要求能耗较小,
26、故滑动变阻器采用限流式,所以电路设计如图所示:答案:A、C见解析13.(2014上海高考)在“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验中(1)将待测电池组、滑动变阻器、电流传感器、电压传感器、定值电阻、电键及若干导线连接成电路如图甲所示。图中未接导线的A端应接在点(选填“B”“C”“D”或“E”)。(2)实验得到的U-I关系如图乙中的直线所示,则电池组的电动势为V,内电阻阻值为。(3)为了测量定值电阻的阻值,应在图甲中将“A”端重新连接到点(选填“B”“C”“D”或“E”),所得到的U-I关系如图乙中的直线所示,则定值电阻的阻值为。【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)在路端电压的U-I关系图像
27、中,纵截距为电池组的电动势,斜率的绝对值为内电阻阻值;(2)图乙中的直线的斜率的绝对值为内电阻阻值与定值电阻阻值之和。【解析】(1)电压传感器测的是路端电压,且开关打开,电压传感器示数应为零,故导线的A端应接在C点。(2)由图乙中的直线可知U-I关系图线的纵截距为2.8V,即为电池组的电动势,斜率的绝对值为=2,即内电阻阻值为2。(3)为了测量定值电阻的阻值,应将A端接到D点,由图乙中的直线可知,斜率的绝对值为=5,即内电阻阻值与定值电阻阻值之和为5,所以定值电阻的阻值为5-2=3。答案:(1)C(2)2.82(3)D314.(2014海南高考)现有一合金制成的圆柱体。为测量该合金的电阻率,现
28、用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和图乙所示。(1)由图读得圆柱体的直径为mm,长度为cm。(2)若流经圆柱体的电流为I,圆柱体两端之间的电压为U,圆柱体的直径和长度分别用D、L表示,则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为=。【解题指南】解答此题应明确以下两点:(1)掌握游标卡尺、螺旋测微器的读数规则,特别是有效数字的位数;(2)理解欧姆定律和电阻定律。【解析】(1)圆柱体的直径为1.5mm+34.50.01 mm=1.845 mm;长度为42mm+80.05 mm=42.40 mm=4.240 c
29、m;(2)由欧姆定律和电阻定律联立得。答案:(1)1.845(1.8421.846均可)4.240(2) 15.(2014海南高考)用伏安法测量一电池的内阻。已知该待测电池的电动势E约为9V,内阻约数十欧,允许输出的最大电流为50mA。可选用的实验器材有:电压表(量程5 V);电压表(量程10 V);电流表(量程50 mA);电流表(量程100 mA);滑动变阻器R(最大电阻300);定值电阻R1(阻值为200,额定功率为W);定值电阻R2(阻值为200,额定功率为1 W);开关S;导线若干。测量数据如坐标纸上U-I图线所示。(1)在虚线方框内画出合理的电路原理图,并标明所选器材的符号。(2)
30、在设计的电路中,选择定值电阻的根据是。(3)由U-I图线求得待测电池的内阻为 。(4)在你设计的实验电路中,产生系统误差的主要原因是_ 。【解题指南】解答此题可按以下思路进行:(1)明确伏安法测电阻的实验原理和实验电路;(2)根据题目中的限制条件选择合适的器材;(3)弄清U-I图像斜率的意义;(4)根据实验电路分析误差产生的原因。【解析】(1)由于题目中电流表和电压表的电阻未知,所以电路设计为图甲或图乙均可。(2)由于电池允许通过的最大电流为50mA,所以电路中需串联定值电阻R1或R2作为保护电阻,且最大功率应满足P=I2R=0.052200W=0.5 W,故定值电阻应选R2。(3)U-I图像
31、的斜率即为电池的内阻。(4)图甲中电压表会造成分流而引起误差;图乙中电流表会造成分压而引起误差。答案:(1)见解析(2)定值电阻在电路中消耗的功率会超过W,R2的功率满足实验要求(3)51.0(49.053.0均可)(4)见解析16.(2014大纲版全国卷)现要测量某电源的电动势和内阻。可利用的器材有:电流表,内阻为1.00;电压表;阻值未知的定值电阻R1、R2、R3、R4、R5;开关S;一端连有鳄鱼夹P的导线1,其他导线若干。某同学设计的测量电路如图甲所示。(1)按图甲在实物图乙中画出连线,并标出导线1和其P端。(2)测量时,改变鳄鱼夹P所夹的位置,使R1、R2、R3、R4、R5依次串入电路
32、,记录对应的电压表的示数U和电流表的示数I。数据如下表所示。根据表中数据,在图丙中的坐标纸上将所缺数据点补充完整,并画出U-I图线。I/mA1931531116930U/V2.512.592.682.762.84(3)根据U-I图线求出电源的电动势E=V。内阻r=。(保留2位小数)【解析】(1)实物连接如图所示(2)将表中数据进行描点连线,结果如图所示。(3)设电流表的内阻为rg=1.00,由闭合电路欧姆定律和电路图甲可得E=U+I(r+rg)根据U-I图像可知,I=0时,E=U=2.90V;将U=2.5V,I=196mA代入上式可得r=1.04。答案:(1)(2)见解析(3)2.90(2.892.91之间均正确)1.04(0.931.13之间均正确)
