培优电学实验.docx
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培优电学实验
1．[电路连接和实验数据处理]为了测量一个标有“12V 5W”的小灯泡在不同电压下的功率，给定了以下器材：
电源：
12V，电阻不计；
电流表：
0～0.6A,0～3A，内阻可忽略；
电压表：
0～3V,0～15V，内阻很大；
滑动变阻器：
阻值范围0～20Ω，允许通过的最大电流为1A；
开关一个，导线若干．
实验时要求加在小灯泡两端的电压可从0调到12V.
（1）将图5甲中的实物图连接完整．
图5
（2）某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，某次测量时，通过小灯泡的电流大小为0.40A，则此时加在它两端的电压为________V，此时小灯泡的实际功率为________W.
答案
（1）见解析
（2）6 2.4
解析
（1）由于要求小灯泡两端的电压可从0调到12V，故滑动变阻器应采用分压式接法．又因电流表内阻可忽略，则电流表采用内接法、外接法均可以，实物连接如图．
（2）由I－U图线得，当I＝0.40A时，U＝6V，故小灯泡的实际功率为P＝IU＝2.4W.
2．[电路设计]某实验小组的同学在学校实验室中发现一电学元件，该电学元件上标有“最大电流不超过6mA，最大电压不超过7V”，同学们想通过实验描绘出该电学元件的伏安特性曲线，他们设计的一部分电路如图3所示，图中定值电阻R＝1kΩ，用于限流；电流表量程为10mA，内阻约为5Ω；电压表（未画出）量程为10V，内阻约为10kΩ；电源电动势E为12V，内阻不计．
图3
（1）实验时有两个滑动变阻器可供选择：
A．阻值0～200Ω，额定电流0.3A
B．阻值0～20Ω，额定电流0.5A
应选择的滑动变阻器是________（填“A”或“B”）．
正确接线后，测得数据如下表：
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
U/V
0.00
3.00
6.00
6.16
6.28
6.32
6.36
6.38
6.39
6.40
I/mA
0.00
0.00
0.00
0.06
0.50
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
（2）由以上数据分析可知，电压表并联在M与________之间（填“O”或“P”）
（3）将电路图在虚线框中补充完整．
（4）从表中数据可知，该电学元件的电阻特点是：
______________________________
________________________________________________________________________.
答案
（1）B
（2）P
（3）如图所示
（4）当元件两端的电压小于6V时，元件的电阻非常大，不导电；当元件两端的电压大于6V时，随着电压的升高元件的电阻变小
解析
（1）利用分压式接法时，应选择最大阻值较小的滑动变阻器，这样便于调节．
（2）从表中数据看，由于被测元件的电阻大约为1kΩ以上，对照电压表、电流表的内阻，应用电流表内接法，电压表应并联在M与P之间．（4）从表中数据可以看出：
当元件两端的电压小于6V时，元件的电阻非常大，不导电；当元件两端的电压大于6V时，随着电压的升高元件的电阻变小．
3.二极管是一种半导体元件，电路符号为
，其特点是具有单向导电性．某实验小组要对一只二极管正向接入电路时的伏安特性曲线进行测绘探究．据了解，该二极管允许通过的最大电流为50mA.
（1）该二极管外壳的标识模糊了，同学们首先用多用电表的欧姆挡来判断它的正、负极：
当将红表笔接触二极管的左端、黑表笔接触二极管的右端时，发现指针的偏角比较小，当交换表笔再次测量时，发现指针有很大偏转，由此可判断____（填“左”或“右”）端为二极管的正极．
（2）实验探究中他们可选器材如下：
A．直流电源（电动势3V，内阻不计）
B．滑动变阻器（0～20Ω）
C．电压表（量程15V、内阻约80kΩ）
D．电压表（量程3V、内阻约30kΩ）
E．电流表（量程0.6A、内阻约1Ω）
F．电流表（量程50mA、内阻约50Ω）
G．待测二极管
H．导线、开关
为了提高测量精度，电压表应选用________，电流表应选用________．（填字母序号）
（3）实验中测得的数据如下表，请在图8坐标纸上画出该二极管的伏安特性曲线.
电流I/mA
0
0
0.2
1.8
3.9
8.6
14.0
21.8
33.5
50.0
电压U/V
0
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
图8
（4）同学们将该二极管与阻值为100Ω的定值电阻串联后接到输出电压恒为3V的电源两端，则二极管导通时定值电阻的功率为________W.
解析
（1）调到欧姆挡时，在多用电表的内部，电源的正极是接在黑表笔上，负极是接在红表笔上；
（2）电源电压只有3V，所以电压表选D；二极管允许通过的最大电流为50mA，所以电流表选F.
（4）在图中画出阻值为100Ω的定值电阻的伏安特性图象，从图中找出两图象电流相同且电压之和等于3V时的电流值大约是13mA，则定值电阻的功率P＝I2R≈0.017W.
答案
（1）左
（2）D F （3）伏安特性曲线如图所示
（4）0.017（在0.015～0.019范围内均可）
3．[对实验操作及数据处理的考查]用伏安法测定电阻约为5Ω的均匀电阻丝的电阻率，电源是两节干电池．如图20甲所示，将电阻丝拉直后两端固定在带有刻度尺的绝缘底座的接线柱上，底座的中间有一个可沿电阻丝滑动的金属触头P，触头上固定了接线柱，按下P时，触头才与电阻丝接触，触头的位置可从刻度尺上读出．实验采用的电路原理图如图乙所示，测量电阻丝直径所用螺旋测微器如图丙所示．
图20
（1）用螺旋测微器测电阻丝的直径时，先转动________使测微螺杆F接近被测电阻丝，再转动________夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，拨动________使F固定后读数．（填仪器部件的字母符号）
（2）根据电路原理图乙，用笔画线代替导线，将实物图丁连接成实验电路．
（3）
图21
闭合开关后，滑动变阻器触头调至一合适位置后不动，多次改变P的位置，得到几组U、I、L的数据，用R＝
计算出相应的电阻值后作出R－L图线如图21所示．取图线上两个点间数据之差ΔL和ΔR，若电阻丝直径为d，则电阻率ρ＝________.
答案
（1）D H G
（2）如图所示 （3）
解析
（1）在用螺旋测微器测电阻丝的直径时，先转动粗调旋钮D，使测微螺杆F接近被测电阻丝，再转动微调旋钮H夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，拨动止动旋钮G使F固定后读数．（3）根据R＝ρ
，得ΔR＝ρ
，而S＝
，代入得ρ＝
.
8．[实验创新]（2013·广东·34
（2））图38（a）是测量电阻Rx的原理图，学生电源输出电压可调，电流表量程选0.6A（内阻不计），标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0cm.
图38
①根据原理图连接图（b）的实物图．
②断开S2，合上S1；调节电源输出电压为3.0V时，单位长度电阻丝的电压u＝________V/cm，记录此时电流表A1的示数．
③保持S1闭合，合上S2；滑动c点改变ac的长度L，同时调节电源输出电压，使电流表A1的示数与步骤②记录的值相同，记录长度L和A2的示数I.测量6组L和I值，测量数据已在图（c）中标出，写出Rx与L、I、u的关系式Rx＝________；根据图（c）用作图法算出Rx＝________Ω.（计算结果保留一位有效数字）
答案 ①如图所示 ②0.1 ③
6
（2014·福建·19
（2））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，实验原理图如图2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4.0Ω的定值电阻．
①已知灵敏电流计
的满偏电流为Ig＝100μA、内阻为rg＝2.0kΩ，若要改装后的电流表满偏电流为200mA，应并联一只________Ω（保留一位小数）的定值电阻R1；
②根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路；
图2
③某次实验的数据如下表所示：
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
电压表
读数U/V
5.26
5.16
5.04
4.94
4.83
4.71
4.59
4.46
改装表
读数I/mA
20
40
60
80
100
120
140
160
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＝________Ω（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____________________________．
④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
解析 ①由电流表的改装知识可知，R1＝
＝
Ω≈1.0Ω.
②如下图．
③根据闭合电路欧姆定律结合逐差法可知
r1＝
－R0，r2＝
－R0，
r3＝
－R0，r4＝
－R0.
故r＝
＝
－R0＝
[
－4.0]Ω≈1.66Ω.
逐差法在计算中体现的主要优点是：
充分利用已测得的数据．
④根据题意可知，内阻的测量值为r测＝
－R0，因此，电压表的内阻、滑动变阻器的阻值对测量结果无影响．若R1的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表示数偏小，导致内阻测量值偏大．根据内阻测量值的表达式可知，R0的实际值比标称值偏大，也会导致内阻测量值偏大．故选C、D.
答案 ①1.0 ②如图 ③1.66 充分利用已测得的数据 ④CD
解析 本题考查实物连接、实验步骤、实验数据处理，意在考查考生对实验原理的理解及数据处理的能力．断开S2，合上S1，电阻丝两端的电压为3.0V，则电阻丝单位长
度的电压为u＝
＝0.1V/cm.由于电流表A1的示数不变，因此ac段单位长度上的电压不变，Rx两端的电压为Lu，根据欧姆定律有Rx＝
.L＝
I，作出图象，如图所示，则根据图象的斜率求得Rx＝6Ω.
（2014·北京·21）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4中的________（选填“甲”或“乙”）．
图4
（2）现有电流表（0～0.6A）、开关和导线若干，以及以下器材：
A．电压表（0～15V）
B．电压表（0～3V）
C．滑动变阻器（0～50Ω）
D．滑动变阻器（0～500Ω）
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5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
1
2
3
4
5
6
电压U/V
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流I/A
0.060
0.120
0.240
0.260
0.360
0.480
图5
（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＝________Ω.
（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．下列各示意图中正确反映P－U关系的是________．
解析
（1）电流表内阻与电池内阻相差不多，如果用乙图误差较大，应选用甲图．
（2）一节干电池的电动势为1.5V左右，故电压表应选用量程较小的B，干电池的内电阻一般只有零点几欧或几欧，为调节方便，滑动变阻器应选用总阻值与之相差较小的C.（4）由U＝E－Ir知U－I图线在U轴上的截距表示E、斜率的绝对值表示r，由图线可得E＝1.50V，r＝0.83Ω.（5）由P＝IU＝
U＝
（UE－U2）可知，P－U图线是一条开口向下的抛物线，故选C.
答案
（1）甲
（2）B C （3）如图所示
（4）1.50（1.49～1.51） 0.83（0.81～0.85） （5）C
1．[多用电表的原理及使用]（2013·新课标Ⅱ·23）某同学用量程为1mA、内阻为120Ω的表头按图10（a）所示电路改装成量程分别为1V和1A的多用电表．图中R1和R2为定值电阻，S为开关．回答下列问题：
图10
（1）根据图（a）所示的电路，在图（b）所示的实物图上连线．
（2）开关S闭合时，多用电表用于测量__________（填“电流”、“电压”或“电阻”）；开关S断开时，多用电表用于测量__________（填“电流”、“电压”或“电阻”）．
（3）表笔A应为________色（填“红”或“黑”）．
（4）定值电阻的阻值R1＝________Ω，R2＝________Ω.（结果保留三位有效数字）
答案
（1）如图所示
（2）电流 电压 （3）黑 （4）1.00 880
解析
（2）开关闭合时，多用电表的内阻较小，为等效电流表；开关断开时，多用电表的内阻较大，为等效电压表．
（3）电流由红表笔流入，由题图（a）可看出表头右端为“＋”，故表笔A为黑表笔．
（4）设表头的内阻为r，满偏电流为Ig，由欧姆定律可知Ig（R2＋r）＝1V，Ig（R2＋r）＝（1－Ig）R1，解得R1＝1.00Ω，R2＝880Ω.
5．[用欧姆表检查电路故障]
（1）某同学按如图19所示的电路图连接元件后，闭合开关S，发现A、B灯都不亮，该同学用多用电表的欧姆挡检查电路的故障，检查前，应将开关S________.（填“闭合”或“断开”）
图19
（2）若
（1）中同学检查结果如下表所示，由此可以确定（ ）
测试点
b、f
b、e
b、d
d、e
多用电表示数
无穷大
无穷大
500Ω
无穷大
A.灯A断路
B．灯B断路
C．灯A、B都断路
D．d、e间导线断路
答案
（1）断开
（2）D
解析
（1）用多用电表的欧姆挡检查电路的故障需将电路断开．
（2）b、f之间电阻无穷大说明b、f间有断路，b、e之间电阻无穷大说明b、e间有断路，d、e之间电阻无穷大说明d、e间有断路，b、d之间电阻有一定的数值，说b、d之间没有断路，所以断路在d、e之间．
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