专题三电学实验1.docx
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专题三电学实验1
专题3电学实验1
知识梳理
1.测定金属丝的电阻率
1实验原理
根据电阻定律公式知道只要测出金属丝的长度和它的直径d，计算出横截面积S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属丝的电阻率．
2电路图
◆注意事项
（1）先测直径，再连电路：
为了方便，测量直径应在金属丝连入电路之前测量．
（2）电流表外接法：
本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法．
（3）电流控制：
电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大．
3误差分析
1若为内接法，电流表分压，测量值偏大。
2若为外接法，电压表分流，测量值偏小。
3
长度和直径的测量．
2.描绘小灯泡的伏安特性曲线
1实验原理
1测多组小电珠的U、I的值，并绘出I－U图象；
2由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系．
2实验原理图
◆注意事项
1电流表应采用外接法：
因为小电珠（3.8V,0.3A）的电阻很小，与量程为0.6A的电流表串联时，电流表的分压影响很。
②滑动变阻器应采用分压式接法：
目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。
3误差分析
①由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实。
②测量时读数带来误差。
③在坐标纸上描点、作图带来误差。
典型例题
例1
⑴如图甲所示的电表使用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A；当使用3A量程时，对应刻度盘中每一小格代表________A，图中表针示数为________A.
⑵如图乙所示的电表使用较小量程时，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.
（3）旋钮式电阻箱如图所示，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____________．
突破训练1
（1）电流表量程一般有两种—0～0.6A,0～3A；电压表量程一般有两种—0～3V,0～15V，如图所示；
①接0～3V量程时读数为________V.
②接0～15V量程时读数为________V.
③接0～3A量程时读数为________A.
④接0～0.6A量程时读数为________A.
（2）完成下列读数（如图所示）。
突破训练2
某学习小组用伏安法测量一未知电阻Rx的阻值，给定器材及规格为：
电流表A（量程为0～5mA，内阻约为10Ω）；
电压表V（量程为0～3V，内阻约为3kΩ）；
最大阻值约为100Ω的滑动变阻器；
电源E（电动势约3V）；开关S、导线若干．
（1）由于不知道未知电阻的阻值范围，先采用如图4甲所示电路试测，读得电压表示数大约为2.5V，电流表示数大约为5mA，则未知电阻的阻值Rx大约为________Ω.
（2）经分析，该电路测量误差较大，需改进．请直接在图3甲上改画：
①在不需要的连线上画“×”表示，②补画上需要添加的连线．
（3）对改进的电路进行测量，并根据测量数据画出了如图4乙所示的UI图象，得Rx＝________Ω.（保留三位有效数字）
图3
例2
（2013·北京·21）某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值．
（1）现有电源（4V，内阻可不计）、滑动变阻器（0～50Ω，额定电流2A）、开关和导线若干，以及下列电表：
A．电流表（0～3A，内阻约0.025Ω）
B．电流表（0～0.6A，内阻约0.125Ω）
C．电压表（0～3V，内阻约3kΩ）
D．电压表（0～15V，内阻约15kΩ）
为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_____，电压表应选用____（选填器材前的字母）；实验电路应采用图中的____（选填“甲”或“乙”）．
（2）图是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线．请根据在
（1）问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线．
（4）若在
（1）问中选用甲电路，产生误差的主要原因是______；若在
（1）问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________．（选填选项前的字母）
A．电流表测量值小于流经Rx的电流值
B．电流表测量值大于流经Rx的电流值
C．电压表测量值小于Rx两端的电压值
D．电压表测量值大于Rx两端的电压值
（5）在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端，随滑片P移动距离x的增加，被测电阻Rx两端的电压U也随之增加，下列反映U－x关系的示意图中正确的是________．
例3
（2013·天津·9（3））要测绘一个标有“3V 0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V，并便于操作．乙选用的器材有：
电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）；
电流表（量程为0～250mA，内阻约5Ω）；
电压表（量程为0～3V，内阻约3kΩ）；
电键一个、导线若干．
①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________（填字母代号）．
A．滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）
B．滑动变阻器（最大阻值1750Ω，额定电流0.3A）
②实验的电路图应选用下列的图________（填字母代号）．
突破训练3
物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75W，额定电压值已模糊不清．他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U＝
＝
V＝1.22V．他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘灯泡的UI图线，进而分析灯泡的额定电压．
A．电压表V（量程3V，内阻约3kΩ）
B．电流表A1（量程150mA，内阻约2Ω）
C．电流表A2（量程500mA，内阻约0.6Ω）
D．滑动变阻器R1（0～20Ω）
E．滑动变阻器R2（0～100Ω）
F．电源E（电动势4.0V，内阻不计）
G．开关S和导线若干
H．待测灯泡L（额定功率0.75W，额定电压未知）
（1）在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择________（填“A1”或“A2”）；滑动变阻器选择________（填“R1”或“R2”）．
（2）在实验过程中，该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23V时，发现灯泡亮度很暗，当达到2.70V时，发现灯泡已过亮，便立即断开开关，并将所测数据记录在下边表格中.
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.70
I/mA
80
155
195
227
255
279
310
请你根据实验数据在图4中作出灯泡的U－I图线．
图4
（3）由图象得出该灯泡的额定电压应为________V；这一结果大于1.23V，其原因是__________________________________________________________．
例4
（2013·江苏单科·10）为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率，实验所使用的小灯泡规格为“3.0V 1.8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω.
（1）准备使用的实物电路如图所示，请将滑动变阻器接入电路的正确位置．（用笔画线代替导线）
（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻．
（3）测量结束后，应先断开开关，拆除____两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材．
（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图所示，请指出图象中不恰当的地方．
突破训练4
（2010·海淀模拟）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：
器材
规格
器材
规格
小灯泡
标有“3.8V，
0.3A”字样
滑动变阻器R1
最大阻值10Ω，额定电流1.0A
电压表V
量程0～5V，内阻约5kΩ
滑动变阻器R2
最大阻值1kΩ，额定电流0.5A
电流表A1
量程0～100mA，内阻约4Ω
直流电源E
电动势约为6V，内阻约为0.5Ω
电流表A2
量程0～500mA，内阻约0.4Ω
导线、电键等
（1）在上述器材中，滑动变阻器应选________，电流表应选________．
（2）在图2中用笔画线代替导线，把实验仪器连接成完整的实验电路．
图2
图3
（3）利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出了如图3所示的小灯泡的伏安特性曲线．根据此图给出的信息，可以判断出下图中正确的是（图中P为小灯泡功率）（ ）
小结
电学实验电路设计的思路与方法
3．控制电路分滑动变阻器的分压式和限流式两种接法，两种接法的选择方法如下：
（1）采用限流式接法时不能控制电流（或电压）满足实验要求，即滑动变阻器阻值调到最大，待测电阻上的电流（或电压）仍超过电流表（或电压表）的量程，或超过待测电阻的额定电流（或额定电压），则必须选用分压式接法．
（2）若待测电阻的阻值比滑动变阻器的最大电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压式接法．
（3）若实验中要求测量电路中电压从零开始变化,则必须采用分压式接法．
（4）两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．
课后训练
1．如图2所示为某次实验中两电表的示数情况，则：
图2
电流表A的示数为________A，电压表V的示数为________V.
2．在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：
待测金属丝：
Rx（阻值约4Ω，额定电流约0.5A）；电压表：
V（量程3V，内阻约3kΩ）电流表：
A1（量程0.6A，内阻约0.2Ω）；
A2（量程3A，内阻约0.05Ω）；电源：
E1（电动势3V，内阻不计）；E2（电动势12V，内阻不计）；滑动变阻器：
R（最大阻值约20Ω）；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线．
图4
（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图4所示，读数为______mm.
（2）若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选________，电源应选________（均填器材代号），在虚线框内完成电路原理图．
3．某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻．
（1）分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图5（a）和（b）所示，长度为________cm，直径为________mm.
图5
（2）按图3（c）连接电路后，实验操作如下．
（a）将滑动变阻器R1的阻值置于最________处（填“大”或“小”）；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0.
（b）将电阻箱R2的阻值调至最________（填“大”或“小”），S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1280Ω.
（3）由此可知，圆柱体的电阻为________Ω.
4．某课题小组通过实验测量河水的电阻率．现备有一根均匀的长玻璃管（两端
各有一个可移动圆形电极，可装入样品水，接触电阻不计）、直尺、待测的水样品．电路器材如表一，他们用伏安法多次测量的数据如表二（为实验处理的方便，实验时每次都把电流表示数调到相同）；实验中还用10分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径，结果如图5甲所示．
表一
器材编号
器材名称
规格
1
电流表
200μA，内阻约10Ω
2
电压表
12V，内阻约100kΩ
3
电池组
12V，内阻不计
4
滑动变阻器
10Ω 1A
5
开关
6
导线
若干
7
定值电阻
100Ω
表二
序号
水柱长度/cm
电压表示数/V
电流表示数/μA
1
10
2
100
2
20
4
100
3
30
6
100
4
40
8
100
5
50
10
100
（1）玻离管内径d的测量值为________cm.
（2）根据表一器材和表二数据确定测量电路中电流表应该________（填“内接”或“外接”），电路的连接方式应该采用________（填“分压电路”或“限流电路”）．
（3）用计算出的水柱长度L与水柱电阻R在图6乙中描点，画出RL图象（要求标出坐标轴的物理量、单位和对应的数值）．图6
（4）计算出所测水的电阻率为________Ω·m.
5．一只小灯泡，标有“3V,1.5W”的字样．现要描绘小灯泡0～3V的伏安特性
曲线．实验器材有：
A．最大阻值为10Ω的滑动变阻器
B．电动势为6V、内阻约为1.0Ω的电源
C．量程为0.6A、内阻约为1.0Ω的电流表A1
D．量程为3A、内阻约为0.1Ω的电流表A2
E．量程为3V、内阻约为6kΩ的电压表V1
F．量程为15V、内阻约为10kΩ的电压表V2
G．开关、导线若干
（1）电压表应选用________；电流表应选用________．（将选项代号的字母填在横线上）
（2）在该实验中，设计了如图1所示的四个电路．为了减小误差，应选取的电路是________（将选项代号的字母填在横线上）．
图1
（3）以下是该实验的操作步骤：
A．将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路；
B．调节滑动变阻器滑片的位置，保证闭合开关前使滑动变阻器与小灯泡并
联部分的阻值最大；
C．闭合开关，记下电压表、电流表的一组示数（U1，I1），移动滑动变阻器
的滑片，每移动一次记下一组（U，I）值，共测出12组数据；
D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线．指出以上步骤中存在错误或不妥之处并修改．
6．有一个小灯泡上标有“4V,2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线，现有下列器材供选用：
A．电压表（0～5V，内阻10kΩ）
B．电压表（0～15V，内阻20kΩ）
C．电流表（0～3A，内阻0.4Ω）
D．电流表（0～0.6A，内阻1Ω）
E．滑动变阻器（最大阻值为10Ω，允许最大电流为2A）
F．滑动变阻器（最大阻值为500Ω，允许最大电流为1A）
G．学生电源（直流6V）、开关、导线若干
（1）实验时，选用图2甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验，其理由是：
_________________________________________________________________.
（2）实验中所用电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．（用序号字母表示）
图2
7．图3为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5V.
图3
（1）完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，________；
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，________；
③断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．
（2）在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．
8．某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：
小灯泡L，规格“4.0V,0.7A”；
电流表A1，量程3A，内阻约为0.1Ω；
电流表A2，量程0.6A，内阻r2＝0.2Ω；
电压表V，量程3V，内阻rV＝9kΩ；
标准电阻R1，阻值1Ω；
标准电阻R2，阻值3kΩ；
滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω；
学生电源E，电动势6V，内阻不计；
开关S及导线若干．
1甲同学设计了如图5
（1）所示的电路来进行测量，当通过L的电流为0.46
A时，电压表的示数如图
（2）所示，此时L的电阻为________Ω.
图5
②乙同学又设计了如图10a所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是________V.
③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路．请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图6b所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号．
图6
参考答案
突破训练2
解析 本题考查伏安法测电阻及电流表外接法和内接法的选择．
（1）根据用图甲测量的数据和欧姆定律可得：
Rx＝
＝
Ω＝500Ω.
（2）待测电阻Rx约为500Ω，而电压表的内阻约为3kΩ，是待测电阻的6倍左右，电流表的内阻约为10Ω，待测电阻是电流表内阻的50倍左右，所以用电流表外接法电压表的分流作用比较大，应改为电流表内接法．
（3）待测电阻Rx的大小就等于图乙中图线的斜率，即Rx＝
＝
Ω＝500Ω.
答案
（1）500
（2）如图所示 （3）500
例2
解析：
例3
解析①A②B
③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示．如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V、内阻为5Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W.
在灯泡的I－U图上作出电源的I－U图线，
③交点坐标即为这个电源给这个灯泡供电时的电压和电流，此时P灯＝IU＝0.1×1W＝0.1W.
突破训练3
解析
（1）根据P＝I2R，估算灯泡的电流大约是600mA，因此电流表应选A2；本实验要描绘出灯泡的U－I图线，需要测量多组数据，因此滑动变阻器应接成分压式，所以应选阻值较小的R1；小灯泡电阻不大，电流表应外接；
（2）如图所示
（3）由P＝UI＝0.75W，再结合图象可知U额＝2.5V；大于1.23V的原因是由于灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻．
答案
（1）电路原理图如图所示 A2 R1
（2）见解析图
（3）2.5（2.4～2.6） 灯泡冷态电阻小于正常工作时的电阻（或灯泡电阻随温度升高而变大）
例4
解析
（1）
[解析]（3）测量结束后，应先断开开关，拆除电池两端的导线，防止电池出现短路以致被烧毁．
突破训练4
答案
（1）R1 A2
（2）见解析图 （3）BD
解析
（1）为方便电路调节，滑动变阻器应选择R1；小灯泡正常工作时I额＝0.3A＝300mA>100mA，故电流表应选A2.
（2）因为要求小灯泡
上的电压从0开始增大，滑动变阻器应选用分压式接法；而小灯泡正常工作时R灯＝
＝
Ω≈13Ω
RV＝5kΩ，故电流表应选择外接法，其实验电路如图所示．
（3）在I－U图象中，图线斜率逐渐减小，小灯泡的R逐渐增大；由P＝
知在P－U2图象中，图线的斜率
应逐渐减小，故B正确；由P＝I2R在P－I2图象中图线的斜率R应逐渐增大，故D正确．
[规范思维]
（1）电路选择要根据具体的情况来进行确定．
（2）实验原理是确定电路的首要条件．（3）各个用电器的作用要明确，选择电路要根据需要来进行选择．
例2
（1）A
（2）①见解析图 ②半导体材料
③0.64（0.60～0.68）
解析
（1）由测量的数据及题目要求可知，滑动变阻器应采取分压式接法．因为元件Z的电阻较小，所以电流表应外接，因此实验电路应选A图．
（2）①描点画出元件Z的I－U图线如下图曲线所示．②由I－U图线可知，Z是半导体材料．③当电流强度为0.80A时，元件Z两端的电压为0.80V，定值电阻R上的电压为0.70V，此时元件Z上消耗的电功率为0.64W.
课时作业：
1.解析 电流表选择0～3A的量程，刻度盘中有三个大格，则每一大格为1A，每一大格又分为10小格，则每一小格表示0.1A，故指针所指的示数为1.50A．电压表选择0～15V的量程，刻度盘中有三个大格，则第一大格为5V，每一大格又分为10小格，则每一小格表示0.5V，故指针所指的示数为7.5V.
答案 1.50 7.5
2.解析
（1）螺旋测微器的读数为1.5mm＋27.3×0.01mm＝1.773mm.
（2）在用伏安法测电阻的实验，为使测量尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测电阻丝的额定电流为0.5A，所以电流表选A1，电源选E1即可．电路原理图如图所示．
答案
（1）1.773（1.771～1.775均正确）
（2）A1 E1 电路图如解析图
3.解析
（1）长度l＝5.0cm＋1×
mm＝5.01cm；直径d＝5mm＋31.5×
mm＝5.315mm.
（2）（a）为保护电路使电路中电流不会超出电流表量程，应将滑动变阻器接入电路的阻值置于最大处．
（b）为使电路中电流较小，使电流表示数逐渐变大，电阻箱阻值也应先调至最大．
（3）将S1闭合，S2拨向接点1时，其等效电路图如图甲所示．
当S2拨向2时，其等效电路图如图乙所示．
由闭合电路欧姆定律知I＝
，
当I相同均为I0时，R2＝R圆柱体，
所以R圆柱体＝1280Ω.
答案
（1）5.01 5.315
（2）大 大 （3）1280
4.解析
（1）由游标卡尺直接读数得玻璃管内径为2.26cm；
（2）电流表内阻远小于电压表内阻，故电流表采用内接法，待测电阻很大，滑动变阻器阻值较小，为操作方便，应该采用分压电路；
（3）由表二中数据可以计算出不同长度水柱的电阻，R1＝
Ω＝20kΩ、R2＝40kΩ、R3＝60kΩ、R4＝80kΩ、R5＝100kΩ，在坐标系中描点得到RL图线如图所示；
（4）取L＝30cm时，R3＝60kΩ，d＝2.26cm，由电阻定律R＝ρ
得：
ρ＝
＝
，代入数据解得：
ρ＝80.2Ω·m.
答案
（1）2.26
（2）内接 分压电路 （3）如解析图所示 （4）80.2
5.解析
（1）因为小灯泡的额定电压为3V，故电压表选E；小灯泡的额定电流I＝
＝
A＝0.5A，故电流表选C.
（2）小灯泡在额定电压下的电阻R＝
＝6Ω，由于
>
，故电流表外接．描绘伏安特性曲线时，电压从零开始，需用滑动变阻器的分压式接法，选C.
答案
（1）E C
（2）C （3）步骤B不妥，闭合开关前应使滑动变阻器与小灯泡并联部分的阻值为零；步骤D有错，应为按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用一条平滑的曲线连接起来．
6.解析
（1）因
升级会员 