高中物理电学实验经典题型分析Word格式.docx
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【解析】如图所示
例4用以下器材测量一待测电阻的阻值。
器材（代号）与规格如下：
电流表A1（量程250mA,内阻r1为5Ω）；
标准电流表A2（量程300mA,内阻r2约为5Ω）；
待测电阻R1（阻值约为100Ω）；
滑动变阻器R2（最大阻值10Ω）；
电源E（电动势约为10V，内阻r约为1Ω）；
单刀单掷开关S，导线若干。
⑴要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号.
⑵需要直接测量的物理量是_______,用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1＝________。
【解析】
⑴实验电路图如图所示。
⑵两电流表A1、A2的读数为I1、I2和电流表A1的内阻为r1，待测电阻R1的阻值的计算公式是：
例5有一电阻Rx，其阻值在100～200Ω之间，额定功率为。
要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：
安培表A1，量程为50mA，RA1=100Ω
安培表A2，量程为1A，RA2=20Ω
电压表V1，量程为5V，RV1=10kΩ
电压表V2，量程为15V，RV2=30kΩ
变阻器R1，变阻范围0～20Ω，2A
变阻器R2，变阻范围0～1000Ω，1A
9V电源，电键，导线。
⑴实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是：
。
⑵画出所用实验电路图。
【解析】⑴允许通过电阻中电流可能的最大值由：
得，
。
因为电阻可能为200Ω，所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35mA，应用电流表的示数来控制通过电阻的电流，因此，电流表应选A1。
又因为
所以
。
因为电阻可能为100Ω，所以允许加在电阻两端的电压的最大值可能是5V，应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压，因此电压表应选V1。
因为R1＜R2,且2A＞35mA,所以应选变阻器R1。
因为R1＜Rx所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。
因为
<
所以应选用外接电路。
⑵实验所用电路如图所示
例6（从下表中选取出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，画在下面的方框中，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并能测出多组数据。
器材（代号）
规格
电流表（A1）
量程10mA，内阻r1待测（约40Ω）
电流表（A2）
量程500μA，内阻r2=750Ω
电压表（V）
量程10V，内阻r3=10kΩ
电阻（R1）
阻值约100Ω，作保护电阻用
滑动变阻器（R2）
总阻值约50Ω
电池（E）
电动势，内阻很小
电键（S）
导线若干
【解析】要测量电流表A1的内阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但根据本题所提供的仪器，我们可以首先肯定，在本实验中不可能用到电压表，因为电源的电动势只有，而电压表的量程为10V，最多不到满偏的1/6，用它来读数误差太大，因此该实验能用到的电表只可能用两块电流表。
两块电流表有可能串联，也有可能并联，但题目中电流表A2的内阻r2已知，因此将两电流表并联，根据并联规律I1r1=I2r2可求出电流表A1的内阻r1=
加在电流表两端的电压最大值Um=Imr2=，而滑动变阻的最大阻值只有50Ω，如果将滑动变阻器接成限流，会超过电流表的量程，将它们烧坏。
如果仅仅将滑动变阻器接成分压，滑动变阻器可调节的范围很小，只有全长的1/4，这样测量的次数比较少。
故应将定值电阻R1接在干路上用作限流，电路图如图所示。
例7（2006年全国Ⅰ、Ⅲ）现要测量某一电压表的内阻。
给定的器材有：
待测电压表（量程2V，内阻约4kΩ），电流表（量程，内阻约500Ω）；
直流电源E（电动势约，内阻不计）；
固定电阻3个：
R1=4000Ω，R2=10000Ω，R3=15000Ω；
电键S及导线若干。
要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。
⑴试从3个固定电阻中选用1个，与其它器材一起组成测量电路，并画出测量电路的原理图。
（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。
）
⑵电路接通后，若电压表读数为U，电流表读数为I，则电压表内阻RV=_________。
【解析】⑴实验电路如图所示，若选用电阻R1，则并联电阻
＝2000Ω，电压表读数
U＝
·
R
＝
×
2000＝＞1V，电流表读数I＝
＝＝＞，R1符合要求，同理可得R2、R3不符合要求，故选R1。
⑵电路接通后，通过R1的电流I1＝
，则通过电压表的电流为I2＝I－I1＝I－
，所以电压表的内阻RV＝
【备考提示】本题涉及实验器材选取和电路设计等，对考生的分析综合能力提出了较高要求，解答此类试题必须根据测量要求和所提供的器材，由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手点。
【变式题】
例8（2006年全国Ⅱ）现要测定一个额定电压4V、额定功率的小灯泡（图中用
表示）的伏安特性曲线。
要求所测电压范围为～4V。
现有器材：
直流电源E（电动势，内阻不计），电压表（量程，内阻约为4×
104Ω），电流表（量程250mA，内阻约为2Ω），电流表（量程500mA，内阻约为1Ω），滑动变阻器R（最大阻值约为30Ω），电键S，导线若干。
如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是，下面两个电路应该选用的是。
【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时，由于题目要求电压范围为～4V，因此滑动变阻器采用分压式接法。
根据估算通过小灯泡的额定电流为I=，因此电流表应该选用。
在伏安法测量过程中，由于
临界电阻
大于小灯泡电阻，因此应该选择电流表外接法即选择甲电路进行测量。
例9、用右图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。
电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。
除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
（a）电流表（量程、3A）；
（b）电压表（量程3V、15V）
（c）定值电阻（阻值1
、额定功率5W）
（d）定值电阻（阻值10
，额定功率10W）
（e）滑动变阻器（阴值范围0--10
、额定电流2A）
（f）滑动变阻器（阻值范围0-100
、额定电流1A）
那么
（1）要正确完成实验，电压表的量程应选择V，电流表的量程应选择A；
R0应选择
的定值电阻，R应选择阻值范围是
的滑动变阻器。
（2）引起该实验系统误差的主要原因是。
（1）3，，1，0～10。
（2）由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小。
由于电源是一节干电池（），所选量程为3V的电压表；
估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几Ω左右，加上保护电阻，最大电流在左右，所以选量程为的电流表；
由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；
滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取0～10Ω能很好地控制电路中的电流和电压，若取0～100Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。
关于系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。
本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测<
E真，r测<
r真。
例10、某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室中有如下器材：
A．待测干电池B．电流表G（0~3mA，内电阻r1=20Ω）
C．电流表A（0~，内电阻r2=）D．滑动变阻器甲（最大阻值10Ω）
E．滑动变阻器乙（最大阻值100Ω）F．定值电阻R1=100Ω
G．定值电阻R2=500ΩH．定值电阻R3=Ω
开关、导线。
由于没有电压表，为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。
①为了方便并能较准确测量，滑动变阻器应选，定值电阻应选用。
（填写定值电阻前的序号）
②若某次测量中电流表G的示数为I1，电流表A的示数为I2；
改变滑动变阻器的位置后，电流表G的示数为I1′，电流表A的示数为I2′。
则可知此电源的内电阻测量值为r=，电动势测量值为E=。
【解析】干电池的电动势和内阻的测量，一般需要电流表和电压表。
由于题中没有电压表，故需要将电流表G改装为电压表，且改装后电压表的量程应该达到，则总电阻为
，故定值电阻应选用的序号为G的电阻，而滑动变阻器应选用阻值较小的D；
②在两次测量过程中，通过电源的电流是两只电表的电流之和，则根据全电路欧姆定律有
，
解之，得
，
【例11】某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。
该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为，科当标准电阻用）一只电流表（量程=,内阻）和若干导线。
①请根据测定电动势E内电阻的要求，设计图4中器件的连接方式，画线把它们连接起来。
②接通开关，逐次改变电阻箱的阻值,
读处与对应的电流表的示数I,并作记录
当电阻箱的阻值时，
其对应的电流表的示数如图5所示。
处理实验数据时。
首先计算出每个电流值I的倒数;
再制作R-坐标图，如图6所示，图中已标注出了（）的几个与测量对应的坐标点，请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6中上。
③在图6上把描绘出的坐标点练成图线。
④根据图6描绘出的图线可得出这个
电池的电动势E=V,内电阻
解析：
根据闭合电路欧姆定律，测量电源的电动势和内电阻，需要得到电源的路端电压和通过电源的电流，在本实验中没有电压表，但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表，测量电源的路端电压，通过电流表的电流也是通过电源的电流，所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。
实物图的连接如答图4所示。
由闭合电路欧姆定律有：
E=I（R+r+rg），解得：
，根据R-1/I图线可知：
电源的电动势等于图线的斜率，内阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。
答案：
①见答图4②见答图6③见答图6④（~）；
（~）
【例12】某同学为了较精确的测量一阻值约为20Ω的电阻Rx的阻值.
①在以下备选器材中电流表应选__________,电压表应选_______,变阻器应选_________.（只填写器材对应的字母代号）
电源E（电动势3V、内阻可忽略不计）
电流表A1（量程50mA，内阻约12Ω）
电流表A2（量程3A，内阻约Ω）
电压表V1（量程3V，内阻约3kΩ）
电压表V2（量程15V，内阻约15kΩ）
滑动变阻器R1（0～10Ω，允许最大电流A）
滑动变阻器R2（0～1000Ω，允许最大电流A）
定值电阻R（30Ω，允许最大电流）
开关及导线若干
②请在方框中画出实验电路图（要求直接测量量的变化范围尽可能大一些，所选器材用对应符号标出）。
③若某次测量中，电压表读数为U，电流表读数为I，则计算待测电阻的阻值表达式为Rx＝________________。
【解析】测量电阻的阻值一般利用伏安法，电压表显然应选量程为3V的V1；
根据欧姆定律容易求得电路中的最大电流
，显然超过了电流表A150mA的量程，但电流表A2的量程又太大，故我们可以将定值电阻R（30Ω）与待测电阻Rx相串联，此时电路中的最大电流
，利用电流表A1测量电流即可。
由于要求直接测量量的变化范围尽可能大一些，故只能采用分压电路，且滑动变阻器使用电阻较小的R1。
最后我们确定电流表的解法：
由于此时电路的临界电阻
，则应该利用电流表的外接法。
由此得到实验电路图如图所示，当电压表读数为U，电流表读数为I，则计算待测电阻的阻值表达式
.
【例13】现有器材：
量程为、内阻约30
-40
的电流表一个，定值电阻R1=150
，定值电阻R2=100
，单刀单掷开关K，导线若干。
要求利用这些器材测量一干电池（电动势约）的电动势。
（1）按要求在实物图上连线。
（2）用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为E=，式中各直接测得量的意义是：
.
【解析】根据提供的器材，可任取一个定值电阻与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，用欧姆定律建立方程组进行测量。
但在本题中，电流表量程为，干电池的电动势约为，如果把定值电阻R1与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，则回路中总电阻约为180
，回路中电流约为/180
=，而如果把定值电阻R2与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，，则回路中总电阻约为130
，回路中电流约为
/130
=，
显然，该电流已超过电流表的量程。
考虑到实验的可行性，此时用定值电阻R2与R1串联即可，故有如下解答：
（1）连图：
左图只用R1接入电路；
右图用R1和R2串联接入电路。
（连线如图）
（2）设I1是外电阻为R1时的电流，I2是外电阻为R1和R2串联时的电流，则有
解之，可解得干电池电动势为：
.
【例14】某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室中有如下器材：
【例15】小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：
（1）在左下框中画出实验电路图.可用的器材有：
电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0-10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若干.
（2）在右图中画出小灯泡的U-I曲线.
（3）某电池的电动势是，内阻是Ω.将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？
（1）为了作出小灯泡的U-I曲线，必须采用分压的方法；
而因为小灯泡的电阻比较小，故采用电流表的外接法，实验电路图见下图.
（2）小灯泡的U-I曲线首先用描点法作出各个点，利用圆滑的曲线连接即可得到下图。
（3）作出
图线，可得小灯泡工作电流为安，工作电压为伏，因此小灯泡实际功率为
瓦.
【例16】在"
测定金属的电阻率"
的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，用米尺测量金属丝的长度l=0.810m．金属丝的电阻大约为4Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．
（1）从图中读出金属丝的直径为mm.
（2）在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：
A．直流电源：
电动势约V，内阻很小；
B.电流表A1：
量程0～A，内阻0.125Ω;
C．电流表A2：
量程0～3.0A，内阻0.025Ω;
D．电压表V：
量程0～3V，内阻3kΩ;
E.滑动变阻器R1：
最大阻值10Ω；
F.滑动变阻器R2：
最大阻值50Ω;
G．开关、导线等．
在可供选择的器材中，应该选用的电流表是，应该选用的滑动变阻器是。
（3）根据所选的器材，在如图所示的方框中画出实验电路图．
（4）若根据伏安法测出电阻丝的电阻为Rx=4.1Ω，则这种金属材料的电阻率为Ω·
m.（保留二位有效数字）
（1）从螺旋测微器主尺读出mm，再从游尺读出
，故金属丝的直径为.
（2）电路中的最大电流
，显然超过了电流表A1A的量程，但电流表A2的量程又太大，故电流表应该选用A1，由于滑动变阻器R1最大阻值为10Ω，比被测电阻丝的电阻大，且容易调整，所以采用限流电路即可。
，故电流表采用外解法.
（3）实验电路如图所示
（4）利用电阻定律
，则
10-6Ω·
m.
【例17】在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：
A．待测的干电池（电动势约为，内电阻小于Ω）
B．电流表G（满偏电流3mA，内阻Rg=10Ω）
C．电流表A（0～，内阻Ω）
D．滑动变阻器R1（0～20Ω,10A）E.滑动变阻器R2（0～200Ω,lA）
F．定值电阻R0（990Ω）G．开关和导线若干
（1）某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图所示中甲的（a）、（b）两个参考实验电路，其中合理的是图所示的电路；
在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选（填写器材前的字母代号）．
（2）图乙为该同学根据
（1）中选出的合理的实验电路利用测出的数据绘出的I1—I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），则由图线可以得被测电池的电动势E=V，内阻r=Ω。
【解析】本题中测定干电池的电动势和内电阻需要用电压表和电流表，由于题中只给了两个电流表，故可以通过改装来实现.因为定值电阻R0=990Ω，则电流表G与之串联较好，所以合理的是b图所示的电路，滑动变阻应选D；
根据全电路欧姆定律容易得到
，即
由I1—I2图线可以看出，图线与纵轴的交点为
，故电动势E=；
又因为图线的斜率
，故
【例18】如图10-3所示，滑动变阻器电阻最大值为R，负载电阻R1=R，电源电动势为E,内阻不计.
（1）当K断开，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？
（2）当K闭合，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？
（3）设R的长度ab=L,R上单位长度的电阻各处相同，a、c间
长度为x，当K接通后，加在R1上的电压U1与x的关系如何？
【审题】电键断开或闭合导致电路出现两种截然不同的控制电路：
限流和分压，把握限流和分压电路的原理是关键
（1）若K断开，则该控制电路为滑动变阻器的限流接法，故
≤U1≤E
（2）若K闭合，则该控制电路为滑动变阻器的分压接法，故0≤U1≤E
（3）U1=IR并，R并=
I=
得：
U1=
【总结】该题考察两种控制电路的原理即两者获取的控制电压范围不同
【例19】用伏安法测量某一电阻Rx阻值，现有实验器材如下：
待测电阻Rx（阻值约5Ω,额定功率为1W）；
电流表A1（量程0~A,内阻Ω）;
电流表A2（量程0~3A，内阻Ω）;
电压表V1（量程0~3V，内阻3kΩ）;
电压表V2（量程0~15V，内阻15kΩ）;
滑动变阻器R0（0~50Ω）,蓄电池（电动势为6V）、开关、导线.
为了较准确测量Rx阻值，电压表、电流表应选________，并画出实验电路图.
【审题】该题要求选择实验仪器、测量电路及控制电路，因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法
【解析】由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值，可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定电流的值约为
U=
V≈V,I=
A=A.
则电流表应选A1，电压表应选V1.
又因
=Ω＞Rx，则电流表必须外接.
因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法，若用限流接法，则被测电阻Rx上的最小电流为Imin=
=A＜I额，因该实验没有对电流、电压的调节范围未作特殊要求，故用限流电路.电路如图10-4所示.
【总结】滑动变阻器全阻值相对待测电阻较大，用分压接法不便于调节，故限流接法是首选，只要能保证安全且有一定的调节范围即可。
【例20】用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：
开关1个，导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.
【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全，这是电学实验的首要原则，限流接法虽然简洁方便，但必须要能够控制电路不超过电流的额定值，同时，能够保证可获取一定的电压、电流范围，该题中，即
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