专题突破与题型专练电学创新实验(一)
题型一:电表的改装与内阻的测量
1.在如图所示的电路中,小量程电流表G的内阻R g=100Ω,满偏电流I g=1 mA,R1=900Ω,R2=Ω.
(1)当S1和S2均断开时,改装成的表是什么表?量程为多大?
(2)当S1和S2均闭合时,改装成的表是什么表?量程为多大?
解析:(1)S1和S2均断开时,电阻R1与小量程电流表G串联,可组成较大量程的电压表,电压表的内阻R V=R g+R1=1 000Ω.所以电压表两端的电压最高为U=I g R V=0.001×1 000 V=1 V.即改装成的电压表的量程为1 V.
(2)S1和S2均闭合时,电阻R1被短路,电阻R2与小量程电流表G并联,组成较大量程的电流表.当小量程电流
表G满偏时,通过R2的电流为== A=0.999 A.故改装成的电流表的量程为I=I R2+I g= 0.999 A+0.001 A=1 A.
答案:(1)电压表1 V(2)电流表1 A
2.(2018·河北正定中学高二周测)在把电流表改装成电压表的实验中,需要利用如图所示的电路测定电流表的内阻,其主要操作步骤
如下:
①接通S1,调节R1,使电流表指针偏转到满刻度;
②保持R1不变,再接通S2,调节R2,使电流表指针偏转到满刻度的一半;
③读出R2的阻值,即可认为电流表的内阻r g=R2.
现备有如下器材:
A.电流表(量程0～100μA,内阻约为100Ω)
B.电阻箱(范围0～9.9Ω)
C.电阻箱(范围0～999.9Ω)
D.电阻箱(范围0～99 999Ω)
E.电源(提供电压U=3 V)
F.电源(提供电压U=6 V)
G.开关和若干导线
(1)电路图中R1应选,R2应选,电源应选.(填入所选器材的字母代号)
(2)实验中读得R2的阻值为100Ω,若将此电流表改装成量程为3 V的电压表,应联一个阻值为Ω的电阻. 解析:(1)要减小测量误差,串联在干路中的R1应尽可能大,在R1尽可能大的情况下又保证电流表能半偏,所以电源电动势应该较大.接通S1,调节R1,使电流表指针偏转到满刻度,此时电路中的电流为满偏电流,即
100μA,由电源电动势为6 V,则R1的阻值约为Ω=6×104Ω,故R1应选D;R2是用来显示电流表内阻的测量值,所以R2应选C;电源选F.
(2)实验中读得R2的阻值为100Ω,则电流表内阻的测量值为100Ω.若将此电流表改装成量程为3 V的电
压表,应串联一个阻值为Ω-100Ω=29 900Ω的电阻.
答案:(1)DCF(2)串29 900
3.(2018·天津静海县一中、杨村一中、宝坻一中等六校高三联考)某电压表的内阻在20 kΩ～50 kΩ之间,为了测定待测电压表的内阻,实验室提供下列可选用的器材:
待测电压表V(量程3 V)
电流表A1(量程200μA)
电流表A2(量程5 mA)
电流表A3(量程0.6 A)
滑动变阻器R(最大阻值1 kΩ)
电源E(提供电压U=4 V)
开关S
(1)所提供的电流表中,应选用.
(2)为了尽量减小误差要求测多组数据,试画出符合要求的实验电
路图.
解析:变阻器阻值只有1 kΩ,比R V小得多,用限流电路无法使表上电压在量程之内,更不用说取多组数据了.
电压表满偏时,通过它的电流I不超过=150μA.
答案:(1)A1(2)如图所示
4.(2018·绵阳高三质检)如图(甲)所示为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路.
(1)已知毫安表表头的内阻为100Ω,满偏电流为1 mA;R1和R2为阻值固定的电阻.若使用a和b两个接线柱,电表量程为3 mA;若使用a和c两个接线柱,电表量程为10 mA.由题给条件和数据,可求出R1=Ω,R2=Ω.
(2)现用一量程为3 mA、内阻为150Ω的标准电流表A对改装电表的3 mA挡进行校准,校准时需选择的刻度为0.5 mA,1.0 mA,1.5 mA、2.0 mA,2.5 mA,3.0 mA.电池的电动势为1.5 V,内阻忽略不计;定值电阻R0有两种规格,阻值分别为300Ω和1 000Ω;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为750Ω和3 000Ω.则R0应选用阻值为Ω的电阻,R应选用最大阻值为Ω的滑动变阻器.
(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用如图(乙)所示的电路可以判断出损坏的电阻.图中的R′为保护电阻,虚线框内未画出的电路即为图(甲)虚线框内的电路.则图中的d点应和接线柱(选填“b”或“c”)相连.
解析:(1)使用a,b接线柱时,I ab=I g+=0.001 A+ A=0.003 A,
使用a,c接线柱时,I ac=I g+=0.001 A+ A=0.010 A,
解得R1=15Ω,R2=35Ω.
(2)改装后电流表内阻
r==Ω≈33Ω,
R0作为保护电阻,电流最大时,电路总电阻约为
R=r+R A+R0==Ω=500 Ω,
R0=R-r-R A=(500-33-150)Ω=317 Ω,
则R0应选300Ω;
电路电流最小时R滑=-R=Ω-500Ω=2 500Ω>750Ω,则滑动变阻器应选择3 000Ω的.
(3)由题图所示电路图可知,图中的d点与接线柱c相连时,闭合开关时,若电表指针偏转,则损坏的电阻是R1,若电表指针不动,则损坏的电阻是R2.
答案:(1)1535(2)3003 000(3)c
题型二:电阻的测量
1.在伏安法测电阻的实验中,待测电阻R x约为200Ω,电压表V的内阻约为2 kΩ,电流表A的内阻约为10
Ω,测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示,结果由公式R x=计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的示数.
若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为R x1和R x2,则(选填“R x1”或“R x2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值R x1(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值R x2(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值.
解析:根据题意知>,电压表的分流作用较显著,故R x1更接近待测电阻的真实值.图(a)的测量值是R x 与R A串联的电阻阻值,故R x1>R x真;图(b)的测量值是R x与R V并联的电阻阻值,故R x2 答案:R x1大于小于 2.(2018·山西榆社中学高二月考)理想电压表内阻无穷大,而实际电压表并非如此,现要测量一个量程为0～3 V,内阻约为3 kΩ电压表的阻值.实验室备有以下器材: A.待测电压表V1:量程为0～3 V,内阻约为3 kΩ B.电压表V2:量程为0～6 V,内阻约为6 kΩ C.滑动变阻器R1:最大值20Ω、额定电流1 A D.定值电阻R0 E.电源(提供电压U=6 V) F.开关一个、导线若干 (1)利用以上器材设计如图(甲)所示测量电路,请写出按该电路测量电压表V1内阻R V的表达式:;并指出表达式中各物理量的含义: . (2)在正确连接电路后,闭合开关S,不断地调节滑动变阻器R1滑片位置,记录多组电压表V1,V2示数,作出U2-U1图线如图(乙)所示.若R0=1 480Ω,由图线上的数据可得R V=Ω. 解析:(1)由欧姆定律有=,解得R V=R0,其中U1,U2分别为电压表V1,V2的示数,R0是定值电阻的阻值; (2)由电路的电压关系可得U2=U1,由U2-U1图像可知,斜率k=1+=1.5,若R0=1 480Ω.则R V=2 960Ω. 答案:(1)R V=R0其中U1,U2分别为电压表V1,V2的示数,R0是定值电阻的阻值(2)2 960 3.(2017·江西南昌市高二检测)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(甲)、(乙)所示,长度为cm,直径为 mm. (2)按图(丙)连接电路后,实验操作如下: ①将滑动变阻器R1的阻值置于最(选填“大”或“小”)处;将S2拨向接点1,闭合S1,调节R1,使电流表示数为I0; ②将电阻箱R2的阻值调至最(选填“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 1 280Ω. (3)由此可知,圆柱体的电阻为Ω. 解析:(1)游标卡尺的精度为0.1 mm,所以L=(50+1×0.1)mm=5.01 cm,螺旋测微器的读数为d=(5+31.6×0.01)mm=5.316 mm. (2)为了保护电流表,在接通电路之前,要使电路中的总电阻尽可能大,然后慢慢减小电路中的电阻. (3)由于S2分别连接接点“1”,“2”时使电流表中电流相等,因此,所调电阻箱的阻值与圆柱体电阻相等,即圆柱体电阻为1 280Ω. 答案:(1)5.015.316(5.310～5.320) (2)①大②大(3)1 280 4.某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率.所用的器材包括:输出为3 V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器(千分尺)、米尺、电阻箱、开关和导线等. (1)他们截取了一段金属丝,拉直后固定在绝缘的米尺上,并在金属丝上夹一个小金属夹,金属夹可在金属丝上移动.请根据现有器材,设计实验电路,并连接电路实物图,如图(甲)所示. (2)实验的主要步骤如下: ①正确连接电路,设定电阻箱的阻值,开启电源,合上开关; ②读出电流表的示数,记录金属夹的位置; ③断开开关,,合上开关,重复②的操作. (3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据,并据此数据绘出了图(乙)所示的关系图线,其斜率为A-1·m-1(保留三位有效数字);图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了的电阻之和. 解析:(1)如图所示 (2)实验中,应改变金属夹的位置,改变被测电阻的阻值,从而测得多组数据. (3)由欧姆定律得I=, 变形得=+l,由此可知图线纵轴截距与电源电动势的乘积为金属丝电阻为零时全电路(即电阻箱和电流表)的电阻之和. 答案:(1)见解析图(2)③改变金属丝上金属夹的位置(3)10.5 金属丝接入长度为零时全电路(或电阻箱和电流表) 5.(2017·安徽淮北市一中高三模拟)某同学现利用如图(甲)所示的电路来测量一电阻R x的阻值. (1)完成下列实验步骤中的填空: ①闭合开关S1,断开开关S2,调节电阻箱R和滑动变阻器R′,使电流表指针指向一个适当的位置.记下此时和电阻箱的阻值R1.此时电阻箱的读数如图(乙)所示. ②闭合开关S2,保持滑动变阻器的滑片位置不变,然后, 使,记下此时电阻箱的读数R2,此时电阻箱的读数如图(丙)所示. (2)在步骤①中电阻箱的读数为R1=Ω;在步骤②中电阻箱的读数为R2=Ω. (3)电阻R x的阻值为R x=Ω. 解析:(2)由题图(乙)和题图(丙)可知R1=60Ω,R2=80Ω. (3)由于R1加上R x在电路中所起的作用与R2相同(电流表指针指示同一位置),则有R1+R x=R2,故有R x=R2-R1=80Ω-60Ω=20Ω. 答案:(1)①电流表的示数I②调节电阻箱R的电阻电流表的读数仍然为I (2)6080(3)20
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