专题六 第25练 电学实验一 以测电阻为核心的实验知识点完整归纳.docx

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专题六第25练电学实验一以测电阻为核心的实验知识点完整归纳

第25练　电学实验

（一）　以测电阻为核心的实验

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A级保分练

1．（2020·安徽A10联盟开年考）用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值（阻值约为110Ω），实验室可提供如下器材：

电源E：

电动势4V，内阻忽略不计；

电流表A1：

量程0～15mA，内阻为100Ω；

电流表A2：

量程0～0.6A，内阻约为0.3Ω；

电压表V1：

量程0～3V，内阻约3kΩ；

电压表V2：

量程0～15V，内阻约15kΩ；

滑动变阻器R：

阻值范围0～10Ω；

定值电阻R1：

阻值为10Ω；

定值电阻R2：

阻值为100Ω；

开关S、导线若干．

（1）实验要求尽可能准确地测量Rx的阻值，电流表应选__________，电压表应选__________．（填字母代号）

（2）在图1甲虚线框中画出测量Rx阻值的完整电路图，并在图中标明器材代号．

图1

（3）调节滑动变阻器R，当电压表的示数为2.60V时，电流表的指针所指刻度如图乙所示，可读出电流表的示数是________mA，则待测电阻Rx的阻值为________Ω.

答案　

（1）A1　V1

（2）见解析图　（3）8.0　112.5

解析　

（1）电路中可能出现的最大电流约为I＝

＝

A≈36mA，可用电流表A1与定值电阻R2并联，相当于量程为30mA的电流表；电源电动势为4V，则电压表选择V1；

（2）由于电流表与定值电阻并联部分的电阻已知，故电压表外接；滑动变阻器用分压接法，电路如图：

（3）电流表量程为15mA，最小刻度为0.5mA，则电流表的示数是8.0mA，此时通过待测电阻Rx的电流为16mA，则待测电阻Rx的阻值为Rx＝

－

＝

Ω－50Ω＝112.5Ω.

2．（2020·河北邯郸市期末）某同学欲测量电流表G1的内阻r1，实验室有如下实验器材：

待测电流表G1（量程为0～6mA，内阻约200Ω）；

电流表G2（量程为0～60mA，内阻约40Ω）；

定值电阻R0（阻值为20Ω）；

滑动变阻器R1（阻值范围为0～1000Ω）；

滑动变阻器R2（阻值范围为0～20Ω）；

电源（电动势约为3V）；

开关、导线若干．

请回答下列问题：

（1）实验过程中，要求电表示数从零开始变化，则滑动变阻器应选用________．（填“R1”或“R2”）

（2）为尽可能精确测量电流表G1的内阻，请在虚线框中画出实验电路原理图．

（3）利用上述实验电路，测量多组数据，图2甲为实验过程中某次电流表G1的示数，其示数为________mA.

图2

（4）若实验中读得G1和G2的读数分别为I1和I2，根据多组数据作出I2－I1图象，如图乙所示，图线的斜率为k，则G1的内阻r1＝________（用k、R0表示）．

答案　

（1）R2　

（2）见解析　（3）3.60　（4）（k－1）R0

解析　

（1）由于要求电流表示数从零开始变化，滑动变阻器采用分压接法，因而滑动变阻器选择阻值小的，故选R2.

（2）由于没有提供电压表，而提供的电流表电阻未知，根据题意可知需要将定值电阻当成电压表使用，此时需要知道通过定值电阻的电流，滑动变阻器采用分压接法；

故实验电路图如图所示．

（3）电流表的最小分度值为0.1mA，估读到最小分度值的下一位，故电流表读数为3.60mA；

（4）根据电路图和欧姆定律得：

I1r1＝（I2－I1）R0

整理得：

I2＝

·I1

结合图象可得：

k＝

解得：

r1＝（k－1）R0.

3．（2020·全国卷Ⅲ·23）已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系．所用器材：

电源E、开关S、滑动变阻器R（最大阻值为20Ω）、电压表（可视为理想电表）和毫安表（内阻约为100Ω）．

（1）在图3中所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图．

图3

（2）实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值．若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA，则此时热敏电阻的阻值为________kΩ（保留2位有效数字）．实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图4（a）所示．

图4

（3）将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ.由图（a）求得，此时室温为________℃（保留3位有效数字）．

（4）利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示．图中，E为直流电源（电动势为10V，内阻可忽略）；当图中的输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警．若要求开始报警时环境温度为50℃，则图中________（填“R1”或“R2”）应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________kΩ（保留2位有效数字）．

答案　

（1）见解析图　

（2）1.8　（3）25.5　（4）R1　1.2

解析　

（1）滑动变阻器最大阻值仅20Ω，应采用分压式接法，电压表为理想电表，应采用毫安表外接法，测量电路图如图所示．

（2）热敏电阻的阻值R＝

＝

≈1.8kΩ.

（3）根据R－t图象，R＝2.2kΩ时，t约为25.5℃.

（4）输出电压变大时，R2两端电压变大，R1两端电压变小．根据R－t图象知，温度升高时热敏电阻的阻值减小，则电路中电流变大，固定电阻两端的电压变大，所以固定电阻应为R2，热敏电阻应为R1，t＝50℃，R1＝0.8kΩ，根据串联电路中电阻与电压的关系可得

＝

，解得R2＝1.2kΩ.

4．（2020·江西重点中学联盟联考）一细而均匀的导电材料，截面为同心圆环，如图5甲所示，此材料长约3cm，电阻约为100Ω，已知这种材料的电阻率为ρ.欲测量该样品的内径，但内径太小，无法直接测量．除待测导电材料（用R2表示）外，现提供以下实验器材：

A．20分度的游标卡尺

B．螺旋测微器；

C．电流表A1（量程50mA，内阻r1＝10Ω）；

D．电流表A2（量程100mA，内阻r2约为40Ω）；

E．定值电阻R0＝90Ω；

F．滑动变阻器R1（0～10Ω，额定电流2A）；

G．直流电源E（电动势为10V，内阻很小）；

H．开关一只，导线若干．

图5

请用上述器材设计一个尽可能精确地测量该样品内径d的实验方案，回答下列问题：

（1）用游标卡尺测得该样品的长度如图乙所示，其示数L＝________cm，用螺旋测微器测得该样品的外径如图丙所示，其示数D＝________________mm.

（2）为了多测几组数据，请将你设计的实验测量电路图画在虚线框内（所需仪器在题中给的器材中选取，用常用的电路符号代替）．

（3）为了得到样品的内径d，实验中还需要得到的一组测量值是______________________（用字母表示且要说明相应字母的含义）．

（4）用已知的物理量字母和所测得的物理量的字母表示样品的内径d＝__________________.

答案　

（1）3.015　3.203～3.206

（2）见解析图

（3）A1电流表的示数为I1，A2电流表的示数为I2

（4）

解析　

（1）游标卡尺读数为L＝30mm＋3×0.05mm＝30.15mm＝3.015cm

螺旋测微器读数为d＝3.0mm＋20.4×0.01mm＝3.204mm（3.203mm～3.206mm）；

（2）因两个电流表中，A2电流表的满偏电流大于A1电流表的满偏电流，所以A1电流表放在支路中，A2电流表放在干路中；A1电流表内阻为定值，A1电流表两端的最大电压为Um＝I1mr1＝0.5V

故将A1电流表与定值电阻R0串联，改装成大量程的电压表，此电压表最大量程为Um′＝I1m（R0＋r1）＝5V

故A1电流表与定值电阻R0串联后，再与待测材料并联，最后与A2电流表串联，因滑动变阻器阻值太小，应采用分压式接法，则电路图如图所示．

（3）实验中还需要得到的一组测量值是：

A1电流表示数I1，A2电流表示数I2；

（4）由欧姆定律可得待测材料的阻值

R0＝

由电阻定律可得：

R0＝ρ

S＝

π（D2－d2），

联立解得样品的内径d＝

.

B级争分练

5．（2020·山东临沂市一模）在研究金属电阻阻值与温度的关系时，为了能够较准确地测出金属电阻的阻值，设计了如图6所示的电路．除了金属电阻Rx外，还提供的实验器材有：

学生电源E，灵敏电流计G，滑动变阻器R、Rs，定值电阻R1、R2，电阻箱R0，开关S，控温装置，导线若干．

图6

①按照电路图连接好电路后，将R0调至适当数值，R的滑片调至最右端，Rs的滑片调至最下端，闭合开关S；

②把R的滑片调至适当位置，调节R0，并逐步减小Rs的阻值，电流计G指针不发生偏转，记录R0的阻值和Rx的温度；

③多次改变温度，重复实验；

④实验完毕，整理器材．

根据上述实验回答以下问题：

（1）上述②中，电流计G指针不发生偏转时，a点电势________（选填“大于”“等于”或“小于”）b点电势．

（2）用R0、R1、R2表示Rx，Rx＝________.

（3）本实验中Rs的作用为_________________________________________________．

（4）若只考虑系统误差，用该方法测得的Rx的阻值________（选填“大于”“等于”或“小于”）Rx的真实值．

答案　

（1）等于　

（2）

·R0

（3）保护电流计　（4）等于

解析　

（1）电流计G指针不发生偏转，说明电流计中无电流，即a点电势等于b点电势．

（2）设R1、Rx支路电流为I1，R0、R2支路电流为I2，当a点电势等于b点电势时，

I1R1＝I2R2，I1Rx＝I2R0，

得Rx＝

·R0.

（3）本实验中Rs的作用为保护电流计．

（4）本实验没有系统误差，故Rx测量值等于真实值．

6.（2020·广西桂林市第一次联合调研）利用如图7所示电路测量一量程为300mV的电压表的内阻RV（约为300Ω）．某同学的实验步骤如下：

图7

①按电路图正确连接好电路，把滑动变阻器R的滑片P滑到a端，闭合电键S2，并将电阻箱R0的阻值调到较大；

②闭合电键S1，调节滑动变阻器滑片的位置，使电压表的指针指到最大刻度；

③保持电键S1闭合和滑动变阻器滑片P的位置不变，断开电键S2，调整电阻箱R0的阻值大小，使电压表的指针指到最大刻度的三分之一；读出此时电阻箱的阻值R0＝596Ω，则电压表内电阻RV＝____________Ω.

实验所提供的器材除待测电压表、电阻箱（最大阻值999.9Ω）、电池（电动势约1.5V，内阻可忽略不计）、导线和电键之外，还有如下可供选择的实验器材：

A．滑动变阻器：

最大阻值200Ω

B．滑动变阻器：

最大阻值10Ω

C．定值电阻：

阻值为20Ω

D．定值电阻：

阻值为200Ω

根据以上设计的实验方法，回答下列问题．

（1）为了使测量比较精确，从可供选择的实验器材中，滑动变阻器R应选用________，定值电阻R′应选用________________（填写可供选择实验器材前面的序号）．

（2）对于上述的测量方法，从实验原理分析可知，在测量操作无误的情况下，实际测出的电压表内阻的测量值R测________真实值RV（填“大于”“小于”或“等于”），此误差属于________误差（填“偶然”或者“系统”），且在其他条件不变的情况下，RV越大，其测量值R测的误差就越________（填“大”或“小”）．

答案　298　

（1）B　C　

（2）大于　系统　小

解析　由实验原理可知，电压表的指针指到最大刻度的三分之一，因此电阻箱分得总电压的三分之二，根据串联电路规律可知，RV＝

＝298Ω，故电压表内阻为298Ω.

（1）该实验中，滑动变阻器采用了分压接法，为方便实验操作，要选择最大阻值较小的滑动变阻器，即选择B；定值电阻起保护作用，因电源电动势为1.5V，若保护电阻太大，则电路中电流太小，实验无法实现，故定值电阻应选用C.

（2）从实验原理分析可知，当再断开开关S2，调整电阻箱R0的阻值，当电压表指到最大刻度的三分之一时，闭合电路的干路电流将减小，故内电压降低，路端电压升高，从而使得滑动变阻器并联部分两端电压变大．而电阻箱R0两端的电压大于电压表电压的2倍，所以电压表内阻测量值大于真实值；本误差是由实验原理造成的，属于系统误差．在其他条件不变的情况下，RV越大，滑动变阻器并联部分两端电压变化越小，其测量值R测的误差就越小．

7．（2020·湘赣皖十五校联考）温度传感器的核心部分是一个热敏电阻．某课外活动小组的同学在学习了伏安法测电阻之后，利用所学知识来测量由某种金属制成的热敏电阻的阻值．可供选择的实验器材如下：

A．直流电源，电动势E＝6V，内阻不计；

B．毫安表A1，量程为600mA，内阻约为0.5Ω；

C．毫安表A2，量程为10mA，内阻RA＝100Ω；

D．定值电阻R0＝400Ω；

E．滑动变阻器最大阻值为R＝5Ω；

F．被测热敏电阻Rt，开关、导线若干．

图8

（1）实验要求能够在0～5V范围内，比较准确地对热敏电阻的阻值Rt进行测量，请在图8甲的方框中画出实验电路．

（2）某次测量中，闭合开关S，记下毫安表A1的示数I1和毫安表A2的示数I2，则计算热敏电阻阻值的表达式为Rt＝________（用题给的物理量符号表示）．

（3）该小组的同学利用图甲电路，按照正确的实验操作步骤，作出的I2－I1图象如图乙所示，由图可知，该热敏电阻的阻值随毫安表A2的示数的增大而________（填“增大”“减小”或“不变”）．

（4）该小组的同学通过查阅资料得知该热敏电阻的阻值随温度的变化关系如图丙所示．将该热敏电阻接入如图丁所示电路，电路中电源电压恒为9V，内阻不计，理想电流表示数为0.7A，定值电阻R1＝30Ω，则由以上信息可求出定值电阻R2的阻值为________Ω，此时该金属热敏电阻的温度为________℃.

答案　

（1）见解析图　

（2）

　（3）增大

（4）17.5　55

解析　

（1）题目中没有提供电压表，可用已知内阻的电流表A2与定值电阻R0串联构成量程为U＝Ig（RA＋R0）＝0.01×（100＋400）V＝5V的电压表；滑动变阻器用分压式接法，电路如图：

（2）由闭合电路欧姆定律可知Rt＝

（3）根据Rt＝

，可得I2＝

I1

由题图乙知I2增大，斜率

变大，可知该热敏电阻的阻值随毫安表A2的示数的增大而增大．

（4）由题图丁和闭合电路欧姆定律可知，通过R1的电流I＝

＝0.3A

则通过R2和Rt的电流为I1＝0.4A；由I2－I1图象可知，I2＝4mA，此时Rt两端电压为Ut＝I2（RA＋R0）＝2V，

Rt＝

Ω＝5Ω，R2＝

－Rt＝17.5Ω

根据Rt－t图象可知Rt＝

t＋

，

解得t＝55℃.