第2课时电学实验与创新学生.docx

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第2课时电学实验与创新学生

第2课时　电学实验与创新

考向1　电表读数、多用电表的使用

例1　在练习使用多用电表时：

（1）下列关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是（　　）

A．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则不会影响测量结果

B．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大

C．测量电路中的电阻时，应该把该电阻与电路断开

D．欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但仍能调零，其测量结果与原来相比不变

（2）用多用电表探测二极管的极性，用欧姆挡测量，黑表笔接a端，红表笔接b端时，指针向右偏转角较大，然后黑、红表笔反接指针偏转角较小，说明________（填“a”或“b”）端是二极管正极．

（3）某同学想通过多用电表A中的欧姆档，直接去测量相同规格的多用电表B中量程为2.5V的电压档的内阻，如图1甲连线，选择倍率为×1k欧姆挡，测量前应对多用电表A进行______________，按正确的操作步骤测量，两表指针位置相同，如图乙所示，从A表读出B表内阻约为________________kΩ，从B表读出电压约为________V.

计算出多用电表A的电源电动势约为________V（已知表盘正中电阻刻度值为15，计算结果保留两位有效数字）．

（2014·重庆·6

（1））某照明电路出现故障，其电路如图2所示，该电路用标称值12V的蓄电池为电源，导线及其接触完好．

维修人员使用已调好的多用表直流50V挡检测故障．他将黑表笔接在c点，用红表笔分别探测电路的a、b点．

①断开开关，红表笔接a点时多用表指示如图3所示，读数为________V，说明________正常（选填“蓄电池”、“保险丝”、“开关”或“小灯”）．

②红表笔接b点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用表指示仍然和图3相同，可判断发生故障的器件是________．（选填“蓄电池”、“保险丝”、“开关”或“小灯”）

考向2　测量电阻的实验

例2　（2014·四川·8

（2））图4是测量阻值约几十欧的未知电阻Rx的原理图，图中R0是保护电阻（10Ω），R1是电阻箱（0～99.9Ω），R是滑动变阻器，A1和A2是电流表，E是电源（电动势10V，内阻很小）．

在保证安全和满足需求的情况下，使测量范围尽可能大．实验具体步骤如下：

（ⅰ）连接好电路，将滑动变阻器R调到最大；

（ⅱ）闭合S，从最大值开始调节电阻箱R1，先调R1为适当值，再调节滑动变阻器R，使A1示数I1＝0.15A，记下此时电阻箱的阻值R1和A2的示数I2；

（ⅲ）重复步骤（ⅱ），再测量6组R1和I2的值；

（ⅳ）将实验测得的7组数据在如图5所示坐标纸上描点．

根据实验回答以下问题：

①现有四只供选用的电流表

A．电流表（0～3mA，内阻为2.0Ω）

B．电流表（0～3mA，内阻未知）

C．电流表（0～0.3A，内阻为5.0Ω）

D．电流表（0～0.3A，内阻未知）

A1应选用________，A2应选用________．

②测得一组R1和I2值后，调整电阻箱R1，使其阻值变小，要使A1示数I1＝0.15A，应让滑动变阻器R接入电路的阻值________（选填“不变”、“变大”或“变小”）．

③在坐标纸上画出R1与I2的关系图．④根据以上实验得出Rx＝________Ω.

为了较准确地测量某电子元件的电阻，某实验小组做如下测量：

（1）用多用表测量该元件的电阻，选用“×10”倍率的电阻挡测量，发现多用表指针偏转很小，因此需选择________（填“×1”或“×100”）倍率的电阻挡，并____________，再进行测量，若多用表中的电池旧了，用它测得的电阻值将________（填“偏大”“偏小”或“不变”）．

（2）若用多用表测得该元件的电阻大约为1500Ω，现在要进一步精确测量其电阻，有以下器材：

A．待测元件R（阻值约为1500Ω）

B．电流表（量程5mA，内阻约5Ω）

C．电阻箱（9999.9Ω，0.02A）

D．直流电源（电动势约为20V，内阻约0.5Ω）

E．单刀双掷开关一个，导线若干

实验小组有同学设计了如图6所示电路进行测量．

在闭合S前，先把R调至________（填“最大值”或“最小值”），然后把K打到1，________________________________________________，再把K打到2,____________，则Rx＝____________（用实验中获得的物理量来表示）．

（3）两只完全相同的表头G，分别改装成一只电流表和一只电压表，一位同学不小心做实验时误将两只表串起来连接在一闭合电路中，接通电路后两只表的指针可能出现下列哪种现象（　　）

A．电流表的指针偏转，电压表的指针不偏转

B．两表指针偏转角度相同

C．两表指针都偏转，电压表的指针偏转角度比电流表大得多

D．两表指针都偏转，电流表的指针偏转角度比电压表大得多

考向3　描绘小灯泡（或者其他元件）的伏安特性曲线

例3　在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，要测量一个标有“3V　1.5W”的灯泡两端的电压和通过它的电流，现有如下器材：

A．直流电源3V（内阻可不计）B．直流电流表0～600mA（内阻约0.5Ω）

C．直流电压表0～3V（内阻约3kΩ）D．滑动变阻器（10Ω，1A）

E．滑动变阻器（1kΩ，300mA）F．开关、导线若干

（1）本实验中滑动变阻器选用________．（填“D”或“E”）

（2）某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接的电路如图7所示，电路中所有元器件都是完好的，且电压表和电流表已调零．闭合开关后发现电压表的示数为2V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则可确定断路的导线是________；若电压表示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线是________；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表示数不能调为零，则断路的导线是________．

（3）下表中的各组数据是该同学在实验中测得的，根据表格中的数据在如图8所示的方格纸上作出该灯泡的伏安特性曲线.

U/V

0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

I/A

0

0.17

0.30

0.39

0.45

0.49

图8

④如图9所示，将两个这样的灯泡并联后再与5Ω的定值电阻R0串联，接在电压恒为4V的电路上，每个灯泡的实际功率为________W（结果保留两位有效数字）．

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10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．

（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

5.50

（2）由以上数据分析可知，电压表应并联在M与________（填“O”或“P”）之间；

（3）在图10中将电路图补充完整；

（4）从表中数据可知，该电学元件的电阻特点是：

______________________________________.

答案　

（1）A　

（2）P　（3）电路图见解析图

（4）当元件两端的电压小于6V时，元件电阻非常大，不导电；当元件两端电压大于6V时，随着电压的升高电阻逐渐变小

考向4　测定金属丝（液体）的电阻率

例4　（2014·山东·22）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11所示电路测出铜导线的电阻Rx，从而确定导线的实际长度．

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9kΩ；

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______端（填“a”或“b”）．

（2）在图12所示实物图中，已正确连接了部分导线，请根据图11甲电路完成剩余部分的连接．

（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13所示，读数为______V.

（4）导线实际长度为________m（保留2位有效数字）．

如图14，用伏安法测定电阻约5Ω均匀电阻丝的电阻率，电源是两节干电池．

（1）如图15，用螺旋测微器测电阻丝的直径时，先转动________使F与A间距离稍大于被测物，放入被测物，再转动________到夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，拨动________使F固定后读数．（填仪器部件字母符号）

（2）根据原理图连接如图16所示的实物图．

图16

（3）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________的位置，得到几组U、I、L的数据，用R＝

计算出相应的电阻后作出R－L图象如图17.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＝____________.

考向5　测定电源的电动势和内阻

例5　某同学用如图18所示电路测量多用电表的内阻和内部电池的电动势．

（1）多用电表右侧表笔为________（填“红表笔”或“黑表笔”）．将多用电表选择旋钮调至欧姆挡“×1”，将红黑表笔短接，调节________，使指针指在右侧满刻度处．

（2）移动滑动变阻器R的触头，分别读出五组电压表（内阻较大，可视为理想电压表）和欧姆表示数U、R，并将计算得出的

、

记录在表格中，其中第四次测量时欧姆表的示数如图19，其阻值为________Ω.在如图20所示的坐标纸上做出

－

图线．

2.50

1.70

1.25

1.00

0.80

0.18

0.10

0.06

0.02

图19

（3）若改用已使用较长时间的多用电表（电池电动势变小，内阻变大），但仍能调零后测电阻，其测得电阻R值与原来相比________．（填“偏大”、“不变”或“偏小”）

（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21中的________（选填“甲”或“乙”）．

（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）

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

（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22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.

（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________．

12．从原理迁移中突破电学实验题

例6　（8分）为了测量某电池的电动势E（约为3V）和内阻r，选用的器材如下：

A．电流表G1（量程为2mA，内电阻为100Ω）

B．电流表G2（量程为1mA，内电阻为200Ω）

C．电阻箱R1（0～99.99Ω）

D．电阻箱R2（0～9999Ω）

E．滑动变阻器R3（0～1000Ω，允许最大电流1A）

F．待测电池

G．开关一个、导线若干

（1）某同学利用上述器材，采用图23甲的电路测量该电池的电动势和内阻，请按照图甲将图乙所示的实物图连线．

（2）图甲中利用电阻箱R1，将电流表G1改装成了量程为0.5A的电流表，利用电阻箱R2将电流表G2改装成了量程为3V的电压表，则电阻箱R1的阻值调到________Ω.

（3）以G2示数I2为纵坐标，G1示数I1为横坐标，作出I2－I1图象如图24所示，结合图象可得出电源的电动势为________V，电源的内阻为________Ω（结果均保留两位有效数字）．

图24

（限时：

12分钟，满分：

18分）

（2014·福建·19）

（1）（6分）某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图25甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为________cm和________mm.

图25

（2）（12分）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26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Ig＝100μA、内阻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根据如图26甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路；

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

（限时：

45分钟）

1．（2014·浙江·22）小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值．

（1）图1是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图中画出．

（2）小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到U－I图上，如图2所示．在图中，由电流表外接法得到的数据点是用________（填“○”或“×”）表示的．

图2

（3）请你选择一组数据点，在图上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为________Ω.

2．测量一未知电阻的阻值．

（1）某同学首先用多用电表粗测电阻的大小，将多用电表选择开关置于“×10Ω”挡，调零后，将红、黑表笔分别接电阻两端，发现指针读数如图3所示，则所测阻值为________Ω.

（2）接着该同学计划用伏安法准确测量电阻的阻值，提供的实验器材有：

8V直流电源；电压表（0～10V，内阻约20kΩ）；电流表（0～50mA，内阻约10Ω）；滑动变阻器（0～20Ω，1A）；开关和导线．

请根据实验要求和提供的器材，参考下面未完全连接好的实物电路在下面虚线方框内画出实验电路图，并完成如图4所示实物电路未连接的导线．

（3）在上述

（2）的实验中，连接好电路后，闭合开关，发现电流表和电压表皆没有读数，该同学用多用电表检查电路故障．他的操作如下：

选用多用电表的直流电压挡，将红、黑表笔分别接在：

电源正、负极间；变阻器电阻丝的两端；电流表“－”接线柱和电压表“＋”接线柱之间，结果多用电表的指针均发生偏转，则可能是连接____________________之间的导线发生了断路．

（4）实验中移动变阻器滑动头，记下多组电流表、电压表读数（U，I），然后在坐标纸上作出U－I图线，图线的____________大小表示待测电阻阻值．在这个实验中，测量值____真实值．（填“＞”、“＝”或“＜”）

3．（2014·浙江省五校第二次联考）2013年12月14日晚上9点14分左右嫦娥三号月球探测器平稳降落在月球虹湾，并在4分钟后展开太阳能电池帆板．这是中国航天器第一次在地外天体成功软着陆，中国成为继美国、前苏联之后第三个实现月面软着陆的国家．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件，如图5所示．某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时（没有储存电能）的I－U特性．所用的器材包括：

太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．

（1）为了达到上述目的，应选用图6中的哪个电路图____________（填“甲”或“乙”）．

（2）该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图7的I－U图象．由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池的电阻________（填“很大”或“很小”）；当电压为2.80V时，太阳能电池的电阻约为________Ω.（保留两位有效数字）

（3）该实验小组在另一实验中先用一强光照射太阳能电池，并用如图8电路调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U－I曲线a.再减小实验中光的强度，用一弱光重复实验，测得U－I曲线b，如图9.当滑动变阻器的电阻为某值时，若曲线a的路端电压为1.5V，则滑动变阻器的测量电阻为________Ω，曲线b外电路消耗的电功率为________W（计算结果保留两位有效数字）．

图8

4．某探究小组要描绘一个标有“4V,1W”的小灯泡的R－U曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：

A．电压表V（量程5V，内阻约为5kΩ）

B．直流电源E（电动势4.5V，内阻不计）

C．电流表A1（量程150mA，内阻约为2Ω）

D．电流表A2（量程300mA，内阻约为1Ω）

E．滑动变阻器R1（阻值0～10Ω）

F．滑动变阻器R2（阻值0～200Ω）

（1）实验中要求小灯泡电压从零逐渐增大到额定电压，测量误差尽可能小且方便调节，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________（填写仪器符号）．请在虚线框中画出该实验的电路图．

（2）根据实验数据，计算并描绘出了R—U图象，如图10所示．由图象可知，当所加电压为3.0V时，小灯泡实际消耗的电功率为________W（计算结果保留两位有效数字）．

（3）小灯泡的P－U图象及I－U图象如图11甲、乙所示．则小灯泡的电功率P随电压U变化的曲线是________；小灯泡的伏安特性曲线是________．（填“a”、“b”、“c”、“d”）

图11

5．（2014·江苏·10）某同学通过实验测量一种合金的电阻率．

（1）用螺旋测微器测量合金丝的直径．为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧图12所示的部件__________（选填“A”、“B”、“C”或“D”）．从图中的示数可读出合金丝的直径为________mm.

图12

（2）图13所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出．合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化．由此可以推断：

电路中______（选填图中表示接线柱的数字）之间出现了________（选填“短路”或“断路”）．

（3）在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω.为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？

请写出两条建议．

6．（2014·新课标Ⅰ·23）利用如图14所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：

待测电源，电阻箱R（最大阻值为999.9Ω），电阻R0（阻值为3.0Ω），电阻R1（阻值为3.0Ω），电流表

（量程为200mA，内阻为RA＝6.0Ω），开关S.

实验步骤如下：

①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；

②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；

③以

为纵坐标，R为横坐标，作

－R图线（用直线拟合）；

④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.

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R的关系式为__________________．

（2）实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0Ω时电流表的示数如图15所示，读出数据，完成下表．答：

①__________，②__________.

R/Ω

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

I/A

0.143

0.125

①

0.100

0.091

0.084

0.077

/A－1

6.99

8.00

②

10.0

11.0

11.9

13.0

图15

（3）在图16的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k＝________A－1·Ω－1，截距b＝________A－1.

（4）根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.

7．（2014·东北三省三校二次联考）现有一刻度盘总共有N小格、且刻度均匀，量程未准确确定的电压表V1，已知其量程在13～16V之间，内阻r1＝150kΩ.为测定其准确量程U1，实验室提供了如下表所列的器材，要求方法简捷，尽可能减少误差，并能测出多组数据.

器材（代号）

规格

标准电压表V2

量程3V，内阻r2＝30kΩ

电流表A

量程3A，内阻r3＝0.01Ω

滑动变阻器R

总阻值1kΩ

稳压电源E