1、专题九 实验技能与创新第2讲：电学实验与创新一、夯实基础1某同学用如图1(a)所示的电路来测量某金属丝的电阻率，其中电源为两节干电池(总电动势约为3 V)，Rx为金属丝，阻值约为5 ，R0为定值电阻，阻值已知，电流表内阻不计。已知金属丝长为L，直径为d，完成下列问题：图1(1)用螺旋测微器测量直径结果如图(b)所示，则d_。(2)电流表A1有两个量程(00.6 A和03 A)，该实验应选择的量程为_。(3)有两个滑动变阻器R可供选择(030 和0200 )，该实验应该选择阻值范围为_的滑动变阻器。(4)改变滑动变阻器的阻值，记录多组两电流表读数I1、I2，并作出I2I1的图象，如图(c)所示，
2、已知该图象是一条过原点的直线，斜率为k，则该金属丝的电阻为_。(5)该金属丝的电阻率为_(用R0、k、L、d表示)。2某实验小组用如下器材设计一个欧姆表：A电流表G(满偏电流为Ig，内阻为Rg)B电源：电动势为E，内阻为rC滑动变阻器RD红表笔a、黑表笔b(1)将如图2所示器材连成一个欧姆表。图2(2)组装好电路后将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器使电流表满偏，此时滑动变阻器连入电路的阻值为_。(3)将待测电阻R1连入电路，发现电流表示数Ig，则R1的阻值为_。3(2016河北邯郸模拟)某实验小组要精确测定一个额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻，已知该灯正常工作时电阻大约为300 ，电学
3、符号与小灯泡电学符号相同。实验室提供的器材有：A电流表A1(量程为15 mA，内阻RA1约为10 )B电流表A2(量程为2 mA，内阻RA220 )C定值电阻R110 D定值电阻R21 980 E滑动变阻器R(020 )一个F电压表V(量程为15 V，内阻RV约为3 k)G蓄电池E(电动势为4 V，内阻很小)H开关S一个(1)要完成实验，除蓄电池、开关、滑动变阻器外，还需选择的器材有_(填写器材前的字母编号)。(2)画出实验电路图。(3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式Rx_，说明式中题目未给出的各物理量的意义：_二、能力提升4.利用如图3甲所示电路可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验
4、器材有：待测电源，电阻箱R(最大阻值为99.99 )，定值电阻R0(阻值为2.0 )，定值电阻R1(阻值为4.5 k)，电流表A(量程为300 A，内阻RA500 )，开关S，导线若干。图3主要实验步骤如下：a将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；b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；c以为纵坐标，为横坐标，作图线(用直线拟合)。回答下列问题：(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与的关系式为_。(2)实验得到的数据如下表所示，其中电阻R8.00 时电流表的示数如图乙所示，读出数据，完成下表。答：_，_。R()4.005.006.008.0010.0012.0016.00
5、(1031)25020016712510083.362.5I(106A)133150164200212229(102A1)75.266.761.050.047.243.7图4(3)在图4的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得电源电动势E_V，内阻r_。(结果保留三位有效数字)5.要测量某种合金的电阻率.图5(1)若合金丝长度为L，直径为D，阻值为R，则其电阻率_.用螺旋测微器测合金丝的直径如图5甲所示，读数为_mm.(2)图乙是测量合金丝阻值的原理图，S2是单刀双掷开关.根据原理图在图丙中将实物连线补充完整.(3)闭合S1，当S2处于位置a时，电压表和电流表的示数分别为U11.35
6、V，I10.30A；当S2处于位置b时，电压表和电流表的示数分别为U20.92V，I20.32A.根据以上测量数据判断，当S2处于位置_(选填“a”或“b”)时，测量相对准确，测量值Rx_.(结果保留两位有效数字)6.某物理兴趣小组在家中进行探究实验，他们找到了一个阻值为800的金属丝绕成的绕圈(金属丝外表面涂有绝缘层)，金属丝电阻率1.57108m.该兴趣小组试图测量该金属丝的直径，但家中没有游标卡尺或螺旋测微器，只有多用电表、米尺、剪刀、铅笔等生活工具.他们想到了如下方法：第一种方法：(1)如图6所示，取一金属丝紧密的缠绕在铅笔上，共计32匝，用米尺测量其间距为_cm，则金属丝的直径为_m
7、m(第二个空保留两位有效数字).图6第二种方法：(2)剪一段长为12.5m的金属丝，用多用电表测量其阻值为1.0，计算可得金属丝的直径为_mm(保留两位有效数字).(3)第二种方法中，用多用电表测量阻值时误差较大，于是他们将这段长为12.5m的金属丝带回实验室，设计了如图7所示的电路测量其准确阻值.图7主要实验器材如下：A.灵敏电流计(内阻为0.3)B.滑动变阻器(阻值约几欧)C.滑动变阻器(阻值约几千欧)D.R2代表12.5m的金属丝E.干电池一节F.开关简要实验步骤如下：闭合S1，调节滑动变阻器R1，使灵敏电流计满偏；闭合S2，发现灵敏电流计指针偏角为满偏时的四分之三.滑动变阻器应选_，R
8、2的阻值为_，R2的测量结果比实际值_(选填“偏大”“偏小”或“相等”).三、课外拓展7.如图8甲所示的金属工件，横截面外方内圆，外边长约为1cm、内径约为0.5cm、长度约为40cm.(1)某同学用游标卡尺测出横截面外边长如图乙所示，其读数a_cm.(2)应选用_来测量工件内径d，选用_来测量工件长度L.(选填“毫米刻度尺”、“游标卡尺”或“螺旋测微器”)(3)为了测出该金属工件的电阻率，该同学设计了如图丙所示的电路，请按设计的电路完成实物图丁的连线.(4)实验测得工件两端电压为U，通过的电流为I，写出该金属电阻率的表达式_.(用a、d、L、U、I等字母表示)图88.在把电流表改装为电压表的
9、实验中，需要测定电流表的内阻.现利用“半偏法”测量，备用的器材有：A.电流表(量程200A，内阻约几百欧)B.标准电压表(量程3V)C.电阻箱(阻值范围099999.9)D.电阻箱(阻值范围09999.9)E.电源(电动势6V，有内阻)F.电源(电动势1.5V，有内阻)G.开关和导线若干(1)如果采用如图9所示电路较精确的测定电流表的内阻，从以上备用的器材中选择：R1用_，电源用_.(用器材前的字母代号填写)图9(2)实验时有以下步骤：A.合上开关S2，调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半B.合上开关S1，调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度C.观察R1的阻值是否最大，如果不是，
10、将R1的阻值调至最大D.记下R2的阻值合理的操作顺序为_(填字母代号).(3)如果在步骤D中所得R2的阻值为800，则电流表的内阻Rg的测量值为_，该测量值_(填“大于”“等于”或“小于”)真实值.(4)如果要将上述电流表改装成量程为3V的电压表，则需跟电流表_联一个阻值为_k的电阻R0.(5)用如图10所示器材，对改装后的电压表跟标准电压表进行核对，要求对03V的所有刻度都能在实验中进行核对.请补充完整实验电路.图109.某学习小组研究一个标有“3.6V1.8W”的小电珠的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：电流表A，量程00.6A，内阻约为0.2；电压表V，量程015V，内阻约为15k；滑动
11、变阻器R，阻值范围010；学生电源E，电动势为4V，内阻不计；开关S及导线若干.图11(1)该学习小组中的某同学设计了如图11甲所示的电路进行测量，请按照图甲所示的实物图帮该同学将图乙中的电路图补充完整.(2)该同学在实验中发现，由于电压表的量程较大而造成读数误差很大，因而影响了测量结果.于是又从实验室找来一只量程为Ig100A、内阻Rg1000的灵敏电流计，想把该灵敏电流计改装成量程为5V的电压表，则需串联一个阻值为_的电阻.(3)该同学用改装后的电压表进行实验，得到电流表读数I1和灵敏电流计读数I2如下表所示.请在图丙中的坐标纸上画出I1I2图线.I1(A)00.190.300.370.4
12、30.460.480.49I2(A)010203040506070(4)若将该小电珠接在如图丁所示的电路中，则该小电珠消耗的电功率约为_W.(已知电源的电动势为E3.0V，内阻r1.5，定值电阻R04.5，结果保留两位有效数字.提示：可作出该小电珠在此电路中的IU图象帮助求解.)四、高考链接10(2016浙江理综，22)某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3 V、内阻约为3 k的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 的电流表。采用分压电路接线，图12甲是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为5 。图12(1)测R1阻值的最优连接方式为导线连接_(填a或b)、导线连接_(填
13、c或d)。(2)正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为_。U/V0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(3)已知图中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的，若测R2的阻值，则最优的连线应选_(填选项)。A连接a，连接cB连接a，连接dC连接b，连接cD连接b，连接d11.(2016全国丙卷22)某同学用图13中所给器材进行与安培力有关的实验.两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨
14、上且与两导轨垂直.图13(1)在图中画出连线，完成实验电路.要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动.(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：A.适当增加两导轨间的距离B.换一根更长的金属棒C.适当增大金属棒中的电流其中正确的是_(填入正确选项前的标号).12(2016全国卷，22)某同学用图14中所给器材进行与安培力有关的实验。两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。图14(1)在图中画出连线，完成实验电路。要求
15、滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动。(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：A适当增加两导轨间的距离B换一根更长的金属棒C适当增大金属棒中的电流其中正确的是_(填入正确选项前的标号)。参考答案1答案(1)2.130 mm(2)00.6(3)030 (4)R0k(5)解析(1)读数为2 mm13.00.01 mm2.130 mm。(2)当滑动变阻器的阻值为零时，流过A1的电流最大，约为I0.6 A，故选00.6 A量程。(3)滑动变阻器应该选择比被测电阻大的，但从操作方便性考虑，又不能太大，故选择阻值范围为030 的滑动变阻器。(4)金
16、属丝的电阻为RxR0k。(5)由电阻定律有RxR0k，得。2答案(1)如图所示(2)Rgr(3)解析(1)将各用电器串联接入电路。(2)由闭合电路欧姆定律得RRgr。(3)由闭合电路欧姆定律得R1。3答案(1)ABD(2)如图所示(3)，I1、I2分别为电流表A1、A2的读数解析(1)要精确测定额定电压为3 V的LED灯正常工作时的电阻，需测量LED灯两端的电压和通过LED灯的电流，由于电压表V的量程偏大，测量误差较大，不能用电压表V测量LED灯两端的电压，可以将电流表A2与定值电阻R2串联改装为电压表测量电压；LED灯正常工作时的电流在10 mA左右，可以用电流表A1和改装后的电压表测量通过
17、LED灯的电流。(2)因为滑动变阻器阻值远小于LED灯的电阻，所以滑动变阻器采用分压式接法。电路图如图所示。(3)根据闭合电路欧姆定律知，LED灯两端的电压UI2(R2RA2)，通过LED灯的电流II1I2，所以LED灯正常工作时的电阻Rx，I1、I2分别为电流表A1、A2的读数。4. 答案(1)(2)185(183187)54.1(53.554.6)(3)如图所示1.52(1.501.54)3.06(3.003.12)解析(1)电流表A与电阻R1串联等效为一个电压表，通过该电压表的电流很小，可忽略不计，当电流表示数为I时，干路的电流为，根据闭合电路欧姆定律有E(R0rR)，代入数据整理得(A
18、1)。(2)根据题图乙可得电流表示数为185 A，其倒数为54.1102 A1。(3)作图如图所示，由图象得图线的斜率kA11.67104 A1，纵轴的截距b3.30103 A1，由k，b，解得E1.52 V，r3.06 。5. 答案(1)0.650(2)见解析图(3)b2.9解析(1)金属丝电阻：R，则电阻率：；图示螺旋测微器可知，其示数为：0.5mm15.00.01mm0.650mm；(2)实物连线图如图所示：(3)根据0.32，而0.07，可知，使用电流表外接法测量相对准确，即S2处于位置b，根据欧姆定律，则有：Rx2.96. 答案(1)1.690.53 (2)0.50 (3)C0.90
19、偏大7. 答案(1)1.02(2)游标卡尺毫米刻度尺(3)连线图见解析(4)解析(1)游标卡尺读数a1cm0.1mm21.02cm(2)应选用游标卡尺来测量工件内径d，选用毫米刻度尺来测量工件长度L.(3)连线图如图所示.(4)因为R，解得.8. 答案(1)CE(2)CBAD(3)800小于(4)串14.2(5)如图所示9. 答案(1)如图所示(2)49000(3)如图所示(4)0.35解析(4)将定值电阻R0看做该电源的内阻，则内阻r6，由此可得路端电压UEIr，在I1I2图线所在坐标纸上作出该IU图象如图所示，可知其交点坐标表示的电流约为0.32A，电压约为1.1V，所以该灯泡消耗的功率约
20、为P0.321.1W0.35W.10答案(1)ad(2)如图所示4.44.7(3)B解析(1)因电压表的内阻远大于待测电阻R1的阻值，则电流表采用外接法，而滑动变阻器应采用分压式接法，故测R1阻值的最优连接方式为导线连接a，导线连接d。(2)建立坐标系描点连线如答案图所示，则R1 4.4 。(3)根据电阻定律可得，R，故R2R1，要测R2的阻值，与测量R1一样，最优的连线应连接a，连接d，选项B正确。11. 答案(1)见解析图(2)AC解析(1)实物连线如图所示.(2)根据公式FBIL可得，适当增加导轨间的距离或者增大电流，可增大金属棒受到的安培力，根据动能定理得，Fsmgsmv2，则金属棒离开导轨时的动能变大，即离开导轨时的速度变大，A、C正确；若换用一根更长的金属棒，但金属棒切割磁感线的有效长度即导轨间的距离不变，安培力F不变，棒的质量变大，速度v变小，B错误.12答案(1)见解析图(2)AC解析(1)实物连线如图所示。(2)根据公式FBIL可得，适当增加导轨间的距离或者增大电流，可增大金属棒受到的安培力，根据动能定理得，Fsmgsmv2，则金属棒离开导轨时的动能变大，即离开导轨时的速度变大，A、C正确；若换用一根更长的金属棒，但金属棒切割磁感线的有效长度即导轨间的宽度不变，安培力F不变，棒的质量变大，速度v变小，B错误。
