届一轮复习教科版第八章 直流电路 实验八 学案Word格式文档下载.docx
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当使用3A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,图中表针示数为________A。
②图乙使用较小量程时,每小格表示________V,图中表针的示数为________V。
若使用的是较大量程,则这时表盘刻度每小格表示________V,图中表针示数为________V。
图4
(4)旋钮式电阻箱如图5所示,电流从接线柱A流入,从B流出,则接入电路的电阻为______Ω。
今欲将接入电路的电阻改为2087Ω,最简单的操作方法是________。
若用两个这样的电阻箱,即可得到的电阻值范围为________。
图5
解析
(1)图2甲读数:
整毫米是17,不足1毫米数是7×
0.1mm=0.7mm,最后结果是17mm+0.7mm=17.7mm。
图2乙读数:
整毫米是23,不足1毫米数是17×
0.05mm=0.85mm,最后结果是23mm+0.85mm=23.85mm。
图2丙读数:
整毫米是3,不足1毫米数是9×
0.02mm=0.18mm,最后结果是3mm+0.18mm=3.18mm。
(2)固定刻度示数为2.0mm,不足半毫米的从可动刻度上读,其示数为15.0,最后的读数:
2.0mm+15.0×
0.01mm=2.150mm。
(3)①使用0.6A量程时,刻度盘上的每一小格为0.02A,表针示数为0.44A;
当使用3A量程时,每一小格为0.1A,表针示数为2.20A。
②电压表使用3V量程时,每小格表示0.1V,表针示数为1.70V;
使用15V量程时,每小格表示0.5V,表针示数为8.5V。
(4)电阻为1987Ω。
最简单的操作方法是将“×
1”旋钮调到2,再将“×
100”旋钮调到0。
每个电阻箱的最大阻值是9999Ω,用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×
9999Ω=19998Ω。
故用两个这样的电阻箱,可得到的电阻值范围为0~19998Ω。
答案
(1)17.7 23.85 3.18
(2)2.150 (3)①0.02 0.44 0.1 2.20 ②0.1 1.70 0.5 8.5 (4)1987 将“×
100”旋钮调到0
0~19998Ω
【变式训练1】 某实验探究小组的同学准备测量电炉丝的电阻率,他们首先用螺旋测微器测出一段电炉丝的直径和长度如图6甲、乙所示,则该电炉丝的直径为________mm,长度为________mm。
该小组同学又从标称为“220V 500W”“220V 300W”“220V 25W”的3个电炉中任选一个,正确使用多用电表欧姆×
10挡测量其阻值,结果如图丙所示,则该电炉的阻值是________Ω,选标称功率为________W的电炉丝。
图6
解析 由图甲所示螺旋测微器可知,固定刻度示数为0.5mm,可动刻度示数为40.0×
0.01mm=0.400mm,金属丝直径为0.5mm+0.400mm=0.900mm;
由图乙所示游标卡尺可知,主尺示数为3.3cm=33mm,游标尺示数为2×
0.05mm=0.10mm,金属丝的长度为33mm+0.10mm=33.10mm;
由图丙可知,该电炉的阻值是16.5×
10Ω=165Ω,根据P=
得功率P=
=293W,故选标称功率为300W的电炉丝。
答案 0.900 33.10 165 300
热点二 教材原型实验
电流表的内接法和外接法的比较
内接法
外接法
电路图
误差原因
电流表分压
U测=Ux+UA
电压表分流
I测=Ix+IV
电阻
测量值
R测=
=Rx+RA>Rx,测量值大于真实值
=
<Rx,测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
适用于
测量
大阻值电阻
小阻值电阻
【例2】 某实验小组尝试测量一段电阻丝的电阻率。
可供选择的器材有:
A.电池组E(电动势为3V,内阻约5Ω);
B.电压表V(量程为0~3V,内阻约15Ω);
C.电阻箱R(0~999.9Ω);
D.开关、导线若干。
图7
完成下列填空:
(1)把电阻丝拉直后用螺旋测微器测量电阻丝的直径,测量结果如图7甲所示,其读数为d=________mm。
(2)将电阻丝两端固定在有刻度尺的接线板两端的接线柱上,在被固定的电阻丝上夹一个与接线柱c相连的小金属夹P。
实验要求将a、c端接入电路,且将小金属夹P右移、电阻箱的阻值减小时,接入电路的电压表读数保持不变,如图乙所示,请用笔画线代替导线在图丙中完成电路的连接。
(3)图乙中电压表读数为U=________V。
(4)改变金属夹P与电阻丝接触点的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电压表读数保持不变,如图乙所示。
重复多次,记录每一次电阻箱的阻值R和接入电路的电阻丝长度L,数据如表格所示。
断开开关,整理实验器材。
请在图丁中描点,并作出R-L图像。
R/Ω
21.0
17.0
13.0
9.0
L/cm
20.00
40.00
60.00
80.00
(5)根据R-L图像和已知数据,可求出该电阻丝的电阻率为________Ω·
m。
(计算结果保留2位有效数字)
解析
(1)螺旋测微器的读数要估读到0.001mm,读数为0mm+40.0×
0.01mm=0.400mm。
(2)实验要求a、c接入电路,且P右移、电阻箱阻值减小时,电压表读数保持不变,则电阻箱和电阻丝应该串联,电压表测量两者的电压和。
实验电路连接见答案图甲所示。
(3)电压表估读到0.01V,故电压表读数为2.50V。
(4)R-L图像见答案图乙所示。
(5)由作出的R-L图像可知,||=20Ω/m,由电阻定律可知|ΔR|=|ΔL|·
,
=||=
,代入题给数据得ρ=S||=π×
(0.2×
10-3)2×
20Ω·
m=2.5×
10-6Ω·
答案
(1)0.400
(2)如图甲所示 (3)2.50 (4)如图乙所示 (5)2.5×
10-6
【变式训练2】 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1.7×
10-8Ω·
m,再利用图8甲所示的电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度。
图8
可供使用的器材有:
电流表:
量程0.6A,内阻约0.2Ω;
电压表:
量程3V,内阻约9Ω;
滑动变阻器R1:
最大阻值5Ω;
滑动变阻器R2:
最大阻值20Ω;
定值电阻:
R0=3Ω;
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______(填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至______(填“a”或“b”)端。
(2)在实物图9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。
图9
(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)由R=ρ
得,铜导线电阻Rx约1.7Ω,电路中Rx+R0约4.7Ω,若选R1=5Ω的滑动变阻器,则电路中电流将超过电流表量程,故滑动变阻器选R2。
为保护电路,闭合开关S前应将滑动变阻器的滑片移至a端,使其电阻为最大。
(2)连接图见答案。
(3)电压表量程3V,指针在2后第3条刻度线,故读数为2.30V,估读为2.29或2.31均可。
(4)R0+Rx=
Ω=4.6Ω,Rx=1.6Ω,由Rx=ρ
得L=94m。
答案
(1)R2 a
(2)如图所示。
(3)2.30(2.29、2.31均正确)。
(4)94(93、95均正确)。
1.仪器选择的一般步骤
(1)首先选择唯一性的器材。
(2)粗画电路图(暂不接电流表和电压表)。
(3)估算回路中电流和电压的最大值,在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下,结合已知器材的规格,确定实验电路和实验器材。
2.实物图连线的基本原则
对限流式电路,一般是从电源的正极开始,把电源、开关、滑动变阻器以及测量电路顺次连接起来即可。
对分压式电路,应先将电源、开关和滑动变阻器的全部电阻用导线连接起来,然后在滑动变阻器上金属杆两端的接线柱中任选一个,依据电路中电流的流向将测量电路部分连接起来即可。
热点三 实验拓展创新
1.等效替代法测电阻
如图10所示。
图10
(1)S接1,调节R2,读出
表示数为I;
(2)S接2,R2不变,调节电阻箱R1,使
表示数仍为I;
(3)由以上可得Rx=R1。
该方法的优点是消除了
表内阻对测量的影响,缺点是电阻箱的电阻R1不能连续变化。
【例3】 电学实验中经常需要测量电阻的阻值:
(1)测电阻的方法有很多种,现在有一只标“220V 40W”的灯泡,它正常工作时的电阻为________Ω。
若用多用电表欧姆挡来测量这只灯泡的电阻,则测出的电阻值就________(填“大于”“等于”或“小于”)灯泡正常工作时的电阻值。
(2)用下列器材设计一个实验,测量该灯泡正常工作时的电阻值。
A.220V交流电源
B.单刀双掷开关一只
C.电阻箱一只(0~999.9Ω,额定电流0.5A)
D.固定电阻一只(0.5Ω,额定电流0.3A)
E.交流电流表一只(0~0.3A)
请在方框内画出电路原理图。
解析
(1)正常工作时电压为额定电压,故有P=
,所以R=
=1210Ω;
灯泡在正常工作时发热,灯丝电阻率增大,电阻增大,因而用欧姆挡测量时阻值应小于正常工作时的电阻值。
(2)应用替代法。
因电阻箱的最大阻值小于灯泡正常工作电阻值,故应串联一固定电阻,电路原理图如图。
答案
(1)1210 小于
(2)见解析图
2.半偏法测电表内阻
(1)半偏法近似测量电流表内阻。
方法一:
如图11所示,测量电流表
的内阻,操作步骤如下:
图11
①将电阻箱R的电阻调到零;
②闭合S,调节R0,使
表达到满偏I0;
③保持R0不变,调节R,使
表示数为
;
④由上可得RG=R。
方法二:
如图12所示,测量电流表
图12
①断开S2、闭合S1,调节R0,使
表满偏为I0;
②保持R0不变,闭合S2,调节R,使
表读数为
③由上可得RA=R。
(2)半偏法近似测量电压表内阻。
如图13所示,测量电压表
图13
①闭合S,调节电阻箱阻值为R1时,测得
表示数为U1;
②改变电阻箱阻值为R2时,测得
③由上可得RV=R2-2R1。
如图14所示,测量电压表
图14
①滑动变阻器的滑片滑至最右端,电阻箱的阻值调到最大;
②闭合S1、S2,调节R0,使
表示数指到满偏刻度。
③断开S2,保持R0不变,调节R,使
表指针指到满刻度的一半;
④由上可得RV=R。
【例4】 (2015·
新课标全国卷Ⅱ,23)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。
某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:
待测电压表
(量程3V,内阻约为3000Ω),电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100Ω,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关2个,导线若干。
(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。
(2)根据设计的电路,写出实验步骤:
________________________________。
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV′,与电压表内阻的真实值RV相比,RV′________RV(填“>”“=”或“<”),主要理由是_______________________。
解析
(1)实验电路图如图所示。
(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;
闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;
保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏,读取电阻箱的电阻值,此即为测得的电压表内阻。
(3)断开S2,调节电阻箱R0使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大,此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,RV′>RV
答案
(1)见解析图
(2)见解析 (3)> 理由见解析
【变式训练3】 用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200Ω),实验室提供如下器材:
电池组E:
电动势3V,内阻不计;
电流表A1:
量程0~15mA,内阻约为100Ω;
电流表A2:
量程0~300μA,内阻为1000Ω;
阻值范围0~20Ω,额定电流2A;
电阻箱R2:
阻值范围0~9999Ω,额定电流1A;
开关S、导线若干。
要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值,请回答下列问题:
(1)为了测量待测电阻两端的电压,可以将电流表____(填写器材代号)与电阻箱串联,并将电阻箱阻值调到________Ω,这样可以改装成一个量程为3.0V的电压表。
(2)在图15中画完整测量Rx阻值的电路图,并在图中标明器材代号。
图15
(3)调节滑动变阻器R1,两表的示数如图16所示,可读出电流表A1的示数是________mA,电流表A2的示数是________μA,测得待测电阻Rx的阻值是________。
本次测量存在一定的系统误差,考虑这个原因测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)。
图16
解析
(1)把A2和R2串联起来充当电压表,此电压表量程为3V,R2=
-RA2=
Ω-1000Ω=9000Ω。
(3)由图16可知,电流表A1的示数为8.0mA,电流表A2的示数是150μA,待测电阻阻值为
Rx=
Ω=187.5Ω。
采用电流表外接法测量的电流值偏大,因此测量的电阻偏小。
答案
(1)A2 9000
(2)电路如图 (3)8.0 150 187.5Ω 偏小
电路设计时的两个技巧
(1)电流表的灵活选用
已知内阻的电流表可做电压表使用,在缺少合适的电压表的情况下,常用电流表代替电压表使用,这是电学设计电路的高频考点。
(2)电压表的灵活选用
已知内阻的电压表可做电流表使用,在缺少合适的电流表的情况下,常用电压表代替电流表使用,这是设计电路中的高频考点。
1.(2016·
全国卷Ⅱ,23)某同学利用图17所示电路测量量程为2.5V的电压表
的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:
电阻箱R(最大阻值99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5Ω),直流电源E(电动势3V),开关1个,导线若干。
图17
实验步骤如下
①按电路原理图17连接线路;
②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图17中最左端所对应的位置,闭合开关S;
③调节滑动变阻器,使电压表满偏;
④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00V,记下电阻箱的阻值。
(1)实验中应选择滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。
(2)根据图17所示电路将图18中实物图连线。
图18
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)。
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)。
A.100μAB.250μAC.500μAD.1mA
解析
(1)本实验测电压表的内阻,实验中电压表示数变化不大,则接入电阻箱后电路的总电阻变化不大,故需要滑动变阻器的最大阻值较小,故选R1可减小实验误差。
(2)滑动变阻器为分压式,连接实物电路如图所示。
(3)电压表和电阻箱串联,两端电压分别为2.00V和0.50V,则RV=4R=2520Ω。
(4)电压表的满偏电流Ig=
A≈1mA,故选项D正确。
答案
(1)R1
(2)见解析图 (3)2520 (4)D
2.某研究小组要测量电压表V1的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据,现提供如下器材:
A.电压表V1:
量程3V,内阻r1待测(约2000Ω)
B.电压表V2:
量程6V,内阻r2=4000Ω
C.电压表V3:
量程4V,内阻r3=10000Ω
D.电流表A1:
量程0.6A,内阻r4=0.05Ω
E.滑动变阻器R0:
总电阻约50Ω
F.电源E:
电动势15V,内阻很小
G.开关S、导线若干
(1)请从所给器材中选出适当的器材,设计电路,在虚线方框中画出电路图,标明所用器材的符号。
(2)根据所设计的电路图,写出待测电压表V1的内阻r1的表达式,即r1=________,式中各符号的意义是_______________________________________________。
解析
(1)由待测电压表的量程和内阻分析可知,通过待测电压表的最大电流约为
A=1.5×
10-3A,该电流远小于电流表的量程,因此电流表不能用,应将内阻已知的电压表用作电流表。
如果选择电压表V3,当电压表V3达到满量程时,待测电压表的示数为0.8V,偏转角度达不到满量程的三分之一,因此应选择电压表V2用作电流表。
又由于滑动变阻器的阻值远小于待测电压表的内阻,则滑动变阻器用分压接法,电路设计如答图所示。
(2)由串联电路的特点以及欧姆定律可知,待测电压表的内阻应为r1=
r2,其中U1为电压表V1的示数,U2为电压表V2的示数,r2为电压表V2的内阻。
答案
(1)如图所示
(2)
r2 U1为电压表V1的示数,U2为电压表V2的示数,r2为电压表V2的内阻
3.(2017·
全国卷Ⅱ,23)某同学利用如图19所示的电路测量一微安表(量程为100μA,内阻大约为2500Ω)的内阻。
可使用的器材有:
两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20Ω,另一个阻值为2000Ω);
电阻箱R(最大阻值为99999.9Ω);
电源E(电动势约为1.5V);
单刀开关S1和S2。
C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。
图19
(1)按原理图19将图20中的实物连线。
图20
(2)完成下列填空:
①R1的阻值为________Ω(填“20”或“2000”)。
②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图19中滑动变阻器的________端(填“左”或“右”)对应的位置;
将R2的滑片D置于中间位置附近。
③将电阻箱R的阻值置于2500.0Ω,接通S1。
将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置,最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势____________(填“相等”或“不相等”)
④将电阻箱R和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将R的阻值置于2601.0Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变。
待测微安表的内阻为______Ω(结果保留到个位)。
(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议:
_____________________。
解析
(1)实物连线如图所示:
(2)①滑动变阻器R1采用分压式接法,为了方便调节要选择阻值较小的滑动变阻器;
②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端对应的位置;
③将电阻箱R的阻值置于2500.0Ω,接通S1;
将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置;
最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前后在B、D中无电流流过,可知B与D所在位置的电势相等;
④设滑片D两侧电阻分别为R21和R22,由B与D所在位置的电势相等可知,
同理,当R和微安表对调时,仍有
联立两式解得,RA=
Ω=2550Ω
(3)为了提高测量精度,应调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程。
答案
(1)见解析
(2)①20 ②左 ③相等 ④2550
(3)调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程。