电学创新实验 含答案.docx
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电学创新实验含答案
1．某同学在学习滑动变阻器后，设计了一个如图17所示的握力计。
弹簧处于自然状态时，滑片P与滑动变阻器R断开，当手在A、B之间握压时，压缩弹簧，带动滑片P在电阻R上滑动，握力越大，电压表示数越大。
设电源两端的电压恒为U，定值电阻的阻值为
，滑动变阻器的总电阻为R，总长度为L，已知手每施加1N的握力，弹簧的长度就会缩短a。
（1）请在图17中完成电路连接（图中a、b、c为接线柱）。
（2）电压表的示数
与握力F之间的关系式是_________。
2．LED灯是一种新型的环保节能灯，小梦为了探究LED灯与家用普通白炽灯、普通节能灯的发光效率，他用如图15所示的装置进行了实验（其中R0为光敏电阻，其电阻值与光照强度成反比）其实验步骤如下：
①先把“220V15W”的普通白炽灯接入灯座，通过调整，使灯泡与温度计的玻璃泡距离约为2cm，灯泡与热敏电阻的距离约为30cm。
闭合开关S和S1，通电10min，分别读出温度计和电流表的示数，并填入下表。
②接着分别把规格相同的普通节能灯和LED灯接入灯座，重复上述实验。
灯泡类型
盒内初温
盒内末温
电流表示数
白炽灯
20℃
78℃
6mA
普通节能灯
20℃
50℃
15mA
LED灯
20℃
35℃
60mA
根据小梦的探究，请回答：
（1）电能转化为内能最多的灯是，这是通过观察来比较的。
（每空1分）
（2）电能转化为光能最多的灯是，这是通过观察来比较的。
（每空1分）
（3）LED灯的发光效率较（填“高”或“低”）。
（1分）
（4）综合分析表中数据可知，15W的LED灯的发光亮度与的白炽灯发光亮度相当。
（1分）
答案40．
（1）白炽灯温度计示数的变化（只要体现出温度或温度变化即可得分）
（2）LED灯电流表示数的变化只要现出电流或电流变化即可得分）（3）高（4）150W
3．小阳利用磁敏电阻为他的自行车设计了一个速度计，磁铁固定在自行车的辐条上，磁敏电阻固定在自行车的后车架上，安装示意图如图甲，工作电路如图乙，已知电源电压为6V恒定不变。
当磁铁与磁敏电阻Rs靠得最近时阻值为200Ω，磁铁与磁敏电阻Rs离得最远时阻值为400Ω，靠近或远离时的实际电阻在这两者之间变化；当R0两端电压不低于4.5V时电子计数器就能有效计数，低于4.5V就不能产生计数，车轮每转动一圈就计数一次。
为保证电子计数器有效工作，电阻R0最小阻值为________Ω。
某次行驶中，小明发现5分钟恰好完整计数了300次，车轮的周长为3m，则这段时间内自行车行驶的平均速度为________km／h。
答案60010.8
4．甲烷气体（CH4）无色、无臭，是沼气的主要成份．甲烷气体在空气中的浓度在一定范围内，遇到明火会发生爆炸．由此，阳湖中学综合实践活动小组的同学就甲烷气体的浓度测量展开探究活动．小组同学通过上网查询，知道用二氧化锡制成的电阻阻值随空气中甲烷气体浓度（甲烷气体在空气中的体积分数）的增大而减小．他们从物理实验室借来一只二氧化锡电阻Rx，并从产品说明书上获取相关参数，如下表所示．
甲烷气体浓度／％
O
20
40
60
80
100
Rx／Q
25
20
15
lO
7
5
（1）请在下图中作出二氧化锡电阻阻值Rx与甲烷气体浓度的关系图像．
（2）小组同学利用电压为6V的电源、阻值为15Ω的定值电阻R0、量程为“0～0.6A，，及“0～3A”的电流表和二氧化锡电阻Rx制作成甲烷气体浓度检测仪，其电路图如图所示．当甲烷气体浓度增大时，电流表的示数将▲（变大／变小／不变）．为使读数更为准确，电流表的量程应选▲A．
（3）甲烷气体浓度在5%～15％范围内，遇到明火会发生爆炸．如果某绿色农场利用该甲烷气体浓度检测仪检测沼气池中甲烷气体的浓度，当电流表的示数为0.16A时，请求出该沼气池中的甲烷气体浓度大约是多少?
一旦遇到明火，是否会发生爆炸?
5．小明对新型LED灯带很好奇，取一段剖开后发现，灯带中的LED灯是串联后通过电源适配器接入照明电路的．他取下其中一只LED灯接在电池两端没有亮，对调电池正负极后亮了，用手试摸，点亮的灯几乎不发热．以下推断符合上述实验事实的是
A．单只LED灯工作电压是220V
B．LED灯主要是将电能转化为内能
C．电源适配器是将交流电转变为直流电
D．灯带中一只LED灯断路后其他灯还亮
答案C
6.小红小组要测定额定电压为2.5V的一只小灯泡的电阻。
现有如下器材：
电流表一只（量程0~0.6A和0~3A）；电压表一只（量程为0~3V和0~15V）；滑动变阻器两只（“5Ω1A”、“20Ω2A”）；开关一个；干电池若干节；导线若干。
（1）根据你的估算和实验经验，滑动变阻器应选用只，实验更便于完成。
（2）小红小组用2节干电池（已使用）正确连接电路后，无论怎样调节滑动变阻器，小灯泡两端的电压都达不到2.5V，她们应该。
（3）小红小组实验记录和计算如下表：
电压U/V
1.5
2.0
2.5
3.0
电流I/A
0.24
0.28
0.32
0.34
功率P/W
0.36
0.56
灯泡发光情况
灯丝暗红
微弱发光
正常发光
发光很亮
①小灯泡的额定功率是W；
②根据她们观察的现象和记录的实验数据，你何以得出的结论是（请说出两点）：
③请在右边的坐标图中画出小灯泡的电压和电流关系的图象；
④在正常发光下，小灯泡的电阻是Ω；
⑤根据画出的图象，你得出的结论是：
。
（4）当小红小组将小灯泡两端的电压调到3V正在记录实验数据时，小灯泡突然熄灭，仔细观察小灯泡钨丝被烧断，这时她们进一步观察到的实验现象是：
电流表的示数；电压表的示数。
（5）小红小组在评价交流时，发现有的组的同学将电压表连接成如图所示电路，则这种连接测量出的电阻值比实际电阻值偏，其原因是。
（1）20Ω2A；
（2）调换新的干电池；
（3）①0.8；②电压升高小灯泡功率随之增大；小灯泡的功率越大，小灯泡的发光强度越大（本题答案不唯一，合理即可）；③如图；④7.8；⑤小灯泡的电阻随温度的升高而增大；
（4）为零，等于电源电压；（5）大，电流表分担一部分电压、电压表分流一部分电流，由
可知，电阻变大。
7.同学们在用伏安法测量标有“220V60W”白炽灯泡的电阻时，发现电流表示数很小，调节滑动变阻器的滑片，电流表示数变化非常小。
于是，他们设计了图-1所示的电路，通过在AB间接入阻值不同的定值电阻，分别测出了不同电压时白炽灯泡的电阻。
（1）根据串联电路
中电流的特点和欧姆定律，可以推出
（选填“>”、“=”或“<”）
（2）根据图-1所示电路图，将图-2的实物电路连接完整。
（3）正确连接电路后，闭合开关S，发现电压表V1无示数，电压表V2示数较大，则该故障的原因可能是。
排除故障后，在某次实验中，电压表V2的示数如图-3，其示数为V。
（4）当AB间接入定值电阻为125Ω时，V1的示数为4.0V，V2的示数为2.0V，则RL=Ω；若将定值电阻换为200Ω，则V2的示数将变小（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
（5）“220V60W”白炽灯泡正常发光时的电阻约为806.7Ω，比同学们测得的阻值大很多。
请分析造成这种差异的主要原因是：
。
8.某校科技小组的同学们用PTC元件（即半导体陶瓷材料）制作了一个电加热保温杯。
常温下的凉开水放在杯内可加热至60℃，并利用这种元件的特性设定保温温度为60℃。
已知所用的PTC元件的阻值RT随温度的变化关系如图23甲，使用时PTC元件如图23乙接入家庭电路中。
请回答下列问题：
（1）当温度为60℃时，电路中的电流是mA，通电1min，PTC元件消耗的电能是J。
（2）PTC元件的最大电功率是W。
（3）保温杯可以利用PTC元件的特性进行保温的原理是：
当温度达到60℃时，PTC元件发热功率等于散热功率（即在相同时间内产生的热量与散失的热量相等），温度保持不变。
从图23甲可以看出，①当它的温度高于60℃时，，温度下降；②当温度低于60℃时，，温度上升。
因此保温杯中的水可以保持在60℃左右。
答案：
（1）22290.4
（2）24.3（3）电阻增大，根据P=U2/R，它的发热功率减小，发热功率小于散热功率电阻减小，同理发热功率增大发热功率大于散热功率
9.在如图所示的电路中，闭合开关S，灯L不亮，电压表有示数．已知电路中各处均接触良好。
（1）请写出发生上述现象的三个可能原因：
；；．
（2）为进一步确定原因，小华同学将一个电流表正确串联在该电路中，闭合开关S，观察电流表的示数情况．著电流表有示数，说明上述现象产生的原因是（写出一个可能原因）；若电流表无示数，说明上述现象产生的原因是。
（3）小明同学准备用一根导线并联接在电阻R两端，根据灯泡能否发光进一步确定原因。
此操作方案是否可行，请说明理由
答案：
1）电阻R断路、灯L短路、灯泡两端电压远小于额定电压
（2）灯L短路电阻R断路
（3）不可行会造成电源短路
10.小海利用如图甲所示的电路探究“电压一定时，通过导体的电流跟电阻的关系”，已知电源电压为6V恒定，实验用到的电阻分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω．
（1）根据电路图甲，将乙图中实物电路连接完整（导线不允许交叉）．
（2）实验中多次改变R的阻值，调节变阻器的滑片，使电压表示数保待不变，记下电流表的示数，得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图象．某次实验中，小海用5Ω的电阻做好实验后，接下来：
断开开关，将滑动变阻器的滑片P移到______端（选填“A”或“B”），然后将10Ω的电阻接人电路，闭合开关，移动滑片P，保持电压表的示数为______V，读出电流表的示数．
（3）为了能够完成整个实验，滑动变阻器的最大阻位应不小于______Ω．
（1）由题意知，电源电压为9V，所以电流表应选择0～15V的量程．
滑动变阻器已接了下面一个接线柱，应再接上面一个接线柱．如图所示：
（2）在换10Ω的电阻前，应断开开关，并将滑动变阻器滑片移至最大阻值处．因为连接了右边下面一个接线柱，所以应将滑片移至左边即A处．
由图丙知，实验时的电压U=IR=0.5A×5Ω=2.5V
所以应保持电压表的示数为5V不变．
（3）根据题意，实验中最大的电阻阻值为25Ω，根据串分压的知识，此时电阻分得的电压最大，则滑动变阻器分得的电压最小，其阻值最小．
当它两端的电压为2.5V时，电路中的电流为I=
=
=0.1A
滑动变阻器的电压为：
U′=6V-2.5V=3.5V
此时滑动变阻器的电阻为：
R′=
=
=35Ω
故答案为：
（1）如图；
（2）A；2.5；（3）35．
11.（7分）在测量定值电阻Rx阻值的实验中．
（1）连接电路时开关应．
（2）请你将图甲中的实物电路用笔划线代替导线连接完整,要求滑片向左滑电流表示数变小．
（3）实验时，若只有Rx断路，开关闭合后，电路中可能出现的一种现象是．
（4）在实验过程中，发现电压表不能使用。
小明将滑动变阻器调到最大值作为定值电阻R0使用（R0值已知），设计了如图乙所示的电路测量Rx阻值．测量时，只闭合S1电流表示数为I1，只闭合S2电流表示数为I2，则电阻Rx两端的电压为，电阻Rx=（以上两空都用I1、I2和R0表示）．
（5）（2分）因图乙的方案未能进行多次测量减小实验误差，于是小明向老师借了一只定值电阻R0（R0值已知），设计了如图丙所示的实验电路，仍按照（4）中的测量和计算方法，移动滑动变阻器的滑片，多次测量求出了电阻Rx的阻值．请你分析小明测得Rx阻值的方法是否正确，并说出判断理由
12.要测量一个阻值约为几百欧的电阻Rx．实验室提供的器材有：
电源（电压为3V）、学生用电流表（量程为0～0.6A、0～3A）、学生用电压表（量程为0～3V、0～15V）、滑动变阻器R1和电阻箱R2（0～9999Ω5A）各一个，开关、导线若干．
（1）小明用伏安法测量该电阻，右图是小明连接的电路．连接电路时，小明注意到了开关应▲；接通电路前，小明还应将滑动变阻器的滑
片滑至最▲（左／右）端．接通电路后，观察到电流表指针不偏转，示数为零，电压表示数为2V．请你判断：
①电路中哪一个元件有故障？
答：
▲；
②该元件发生了什么故障？
答：
▲．
（2）在排除故障换用新元件后，经检查电路完好．闭合开关，逐渐减小滑动变阻器的接入电阻至最小，电压表有示数，但电流表的指针几乎不偏转，电流太小的原因是▲．所以按小明所选的器材不能用伏安法测出该电阻的值．
（3）请你帮助小明在实验室所提供的器材中选择合适的器材，设计实验方案测出该电阻的值．
（a）在虚线方框中画出实验电路图；
（b）简述实验步骤：
▲；（用相应的字母表示各个测出的物理量）
（c）写出待测电阻Rx的表达式：
▲．
答案
（1）断开右①电流表②短路
（2）待测电阻的阻值较大且电源电压低
（3）（a）如右图所示（b）按图连接好电路；闭合S1调节滑动变阻器，使电压表显示合适的值；断开S1闭合S2，保持滑动变阻器阻值不变，调节电阻箱的值使电压表仍显示原来的值；读出电阻箱的阻值R．
另法：
（a）如右图所示
（b）按图连接好电路；闭合开关S，调节电阻箱使电压表
显示合适的示数，读出示数U2，读出电阻箱的接入电阻R2，记下电源电压U总
（3V）。
（c）Rx=
（或：
Rx=
）
（该题有多解，只要合理均得分）
13.为了节能，正明中学为教室安装了光控照明系统，有效地避免了“长明灯”的现象．光控系统用光敏电阻控制，光敏电阻的阻值随着光的照度改变而发生变化的元件（光越强，照度越大，照度的单位为lx）．某光敏电阻Rp在不照度下的阻值如下表：
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
75
40
28
23
20
18
⑴根据表中数据，请在图
（1）坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的图线．其阻值随照度变化的规律是；
⑵如图
（2）所示，当12间电压上升至4V时，控制电路自动启动照明电路．请利用所给器材在图
（2）虚线框内设计一个电路，给12两端提升电压，并要求当开天色渐暗照度至降1.0（lx）时，照明电路启动．（控制电路对你所设计的电路无影响）．
器材：
电源（电压为6V），开关S及导线若干，其它器材如下表．
器材
电路符号
规格及说明
光敏电阻
题⑴中的光敏电阻Rp
电阻箱
阻值可调、可读出
调节范围：
0～99.9kΩ
在你所设计的电路中，电阻箱的阻值应调到_________kΩ；
⑶某同学在对所设计的电路进行调试时，发现照明电路过早启动．请你理出一个可行的解决办法：
．
答案：
⑴如图所示阻值随照度增大而减小（若描述时因果关系颠倒不得分）
⑵设计电路如图10
⑶增大电阻箱R的阻值（或减小电源电压）
14.小华的物理老师在上课之前，测定了额定电压为2.5V小灯泡的I与U的关系的数据如下表所示：
实验次数
1
2
3
4
5
6
U/V
0.20
0.80
1.40
2.00
2.50
2.90
I/A
0.02
0.08
0.14
0.18
0.20
0.21
（1）从数据可知，该小灯泡的额定电流为______A，正常发光时的电阻为______Ω，额定功
率为______W。
（2）小华想亲自做一次，看能否测得同样的数据。
于是她设计了如题24（a）图所示的电路，准备对该小灯泡进行再次测量，小华找来了实验器材并连接了部分实物电路，其中电源用的是2节干电池，滑动变阻器的铭牌标有“50Ω1A”。
①请你用笔画线代替导线，按照题24（a）图所
示电路，帮小华将题24（b）图中缺少的两根导线补充连接完整。
（a）（b）
②闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到______端（选填“A”或“B”）；闭合开关后，发现灯泡不亮，电流表无示数，但电压表有示数，则电路可能出现的故障是______。
③小华能通过这个实验得到上述表格中的每一组实验数据吗？
______（填“能”或“不能”），理由是______。
答案
（1）0.2、12.5、0.5
（2）连线略（电流表用0.6A量程）、B、小灯泡断路
不能、因为无论怎样移动滑动变阻器的滑片，灯泡两端的电压均大于0.2V，滑动变阻器的的最大阻值太小。
15（2014江苏无锡）如图所示，小明在进行“测量小灯泡电功率”的实验，他已连接了部分电路，已知电源电压为3V，小灯泡的额定电压为2.5V．
（1）请用笔画线代替导线，将图示电路连接完整；
（2）连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表示数为零，则出现故障的原因可能是________．
（3）故障排除后，小明通过实验测得如下数据，分析数据可知灯泡的额定功率是________W．
（4）小明想通过实验来比较灯泡“实际电压是额定电压一半时的电功率P1”和“实际电流是额定电流一半时的电功率P2”的大小，但小明的同学没有通过实验也比较出了它们的大小，P1应________P2（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
实验次数
电压表示数U／V
电流表示数I／A
1
2.0
0.17
2
2.5
0.20
3
3.0
0.22
16图甲是探究“电流与电阻的关系”的实物电路（滑动变阻器的规格为“20Ω2A”），实验时：
（1）拆接电路，开关应 （选填“断开”或“闭合”）；
（2）现在a、b间接入5Ω的电阻，调节滑动变阻器，使电压表示数如图乙所示，则电阻R两端的电压U1为 V；
（3）在a、b间改接10Ω的电阻，调节滑动变阻器，使得电压表示数 U1（选填“大于”“小于”或“等于”）；
（4）若向利用该实验装置来测量额定电压为3.8V、电阻为10Ω的小灯泡的额定功率，除了在a、b间改接小灯泡外，还必须对电路做的改动有：
．
17博物馆不能有直射阳光进入展示空间，因为展品在阳光的直接照射下会遭受不同程度的损害。
某博物馆采用了一种新的天窗形式——光导天窗（如图甲）。
当外界较强的阳光射到天窗时，电动卷帘能随时调整光线的角度和进光量，使适量的光斜射到井壁的平面镜上，把光导入到光井底部的漫射器上。
当外界光照太弱时，光井内有人工照明给予补充。
图乙为馆内亮度自动调节电路原理图。
R0为保护电阻。
R为光敏电阻，其阻值随光照的强弱而变化，可以近似认为，光照较强时电阻几乎为0；光照较弱时电阻接近于无穷大。
M为自动卷帘电动机。
（1）阳光在光井中经过多次▲后，通过底部漫射器均匀高效地照射到需要光照的地方。
（2）光敏电阻R相当于控制电路中的▲（选填“开关”或“用电器”）。
（3）电磁线圈自身电阻为10欧，允许通过的电流不超过0.12安，当通过电流达到0.06安时能吸合衔铁。
则保护电阻R0的阻值范围是▲。
（4）图乙中的L代表光井中所安装的10盏“220V15W”的节能灯。
若这些节能灯正常工作4小时，共消
耗多少电能？
答案;
（1）反射（2分）
（2）开关（2分）（3）90欧姆~190欧姆（2分）
（4）P=10×15瓦=150瓦=0.15千瓦W=Pt=0.15千瓦×4时=0.6千瓦时
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