2016届高三物理一轮复习 第七章恒定电流 课时提升练7-3.doc

课时提升练 电学设计性实验

(限时：45分钟)

1．(2014·滁州模拟)有一根圆台状匀质合金棒如图7-3-12甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关．他进行了如下实验：

甲

图7-3-12

(1)测量该合金棒电阻的实物电路如图7-3-12乙所示(相关器材的参数已在图中标出)，该合金棒的电阻约为几欧姆．图中有一处连接不当的导线是________(用标注在导线旁的数学表示)．

乙

图7-3-12

(2)改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻R＝5.72 Ω.根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆台状合金棒的电阻分别为Rd＝13.3 Ω、RD＝3.38 Ω.他发现：在误差允许范围内，电阻R满足R2＝Rd·RD，由此推断该圆台状合金棒的电阻R＝________.

【解析】 (1)合金棒的电阻为几欧，所以RxRA

(2)Rd＝4ρLπd2 RD＝4ρLπD2

R＝RdRD＝4ρLπdD

【答案】 (1)⑥ (2)4ρLπdD

2．欲测量一个电流表的内阻，根据以下要求来选择器材并设计电路：

a．无论怎样调节变阻器，电流表都不会超量程；

b．有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据．

现备有如下器材：

A．待测电流表A1(量程3 mA，内阻约为50 Ω)

B．电压表V(量程3 V，内阻未知)

C．电流表A2(量程15 mA，内阻为10 Ω)

D．保护电阻R＝120 Ω

E．直流电源E(电动势2 V，内阻忽略不计)

F．滑动变阻器(总阻值10 Ω，额定电流0.5 A)

G．开关一个，导线若干

(1)在以上提供的器材中，除A、E、F、G以外，还应选择________、________(填字母代号)．

(2)请画出符合要求的实验电路图．

【解析】 根据题中给出的备用器材，选择内阻已知的电流表A2作为电压表，选择保护电阻R与并联的两个电流表串联．由于电流表两端电压最大只有0.15 V，滑动变阻器最大电阻只有10 Ω，所以选择分压电路，电路图如图所示．

【答案】 (1)C D (2)见解析

3．如图7-3-13甲所示的电路中，A、V均为理想电表，R0为阻值未知的定值电阻．改变滑动变阻器R的阻值，将得到的A、V示数绘制成U-I图线如图7-3-13乙．图象中U轴的初始坐标为U0，I轴的初始坐标为零；图线与U轴的交点为U1，与I轴的交点为I1.实验中电流表的最大示数为Im.回答下列问题：

甲 乙

图7-3-13

(1)电源的电动势E＝__________，内阻r＝__________.

(2)当滑动变阻器的阻值R＝__________，定值电阻R0消耗的功率最大，最大值为__________．

(3)定值电阻的阻值为R0＝__________.

【解析】 结合电路图和闭合电路欧姆定律，U＝E－Ir，在U-I图象中，图线与U轴的交点即为电动势；图线斜率的绝对值即为电源内阻的大小．定值电阻R0消耗的功率P＝

I2R0，当R＝0时，I最大，P最大为ImU1－I2mU1－U0I1.根据闭合电路欧姆定律E＝Im(r＋R0)，整理得R0＝U1Im－U1－U0I1.

【答案】 (1)U1 U1－U0I1 (2)0 ImU1－I2mU1－U0I1 (3)U1Im－U1－U0I1

4．当小灯泡发光时其灯丝的电阻会随着发光亮度的变化而变化．某同学为研究这一现象，按照自己设计的实验电路图测量小灯泡的电流I和电压U，得到如下表所示的数据.

I(A) 0.12 0.22 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50

U(V)

0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

2.00

(1)请你根据上表数据的特点，在虚线框中画出实验电路图．可用的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器(0～10 Ω)、电源、小灯泡、开关和导线若干．

(2)在图7-3-14所示坐标纸上画出小灯泡的U-Ⅰ曲线，并定性分析灯丝的电阻与灯泡发光亮度的变化关系：_______________

(3)如果将上面实验中使用的小灯泡接在电动势为1.5 V、内阻为2.0 Ω的电源两端，利用上面的U-Ⅰ曲线可求出小灯泡的实际功率是________________W，电源效率为________．(结果保留2位有效数字)

图7-3-14

【解析】 电压取值范围大，应采用分压式接法，灯丝电阻较小，采用电流表外接法．由图象得灯丝电阻随发光亮度的增加而增大．在U-Ⅰ图象中作电动势为1.5 V、内阻为2.0 Ω的伏安特性图线，两图线交点为(0.35 A,0.8 V)，故P＝UI＝0.8×0.35 W＝0.28 W，η＝0.281.5×0.35×100%＝53%.

【答案】 (1)如图甲所示 (2)如图乙所示 灯丝电阻随发光亮度的增加而增大

(3)0.28 53%

甲 乙

5．某物理实验小组利用实验室提供的器材测量一待测电阻的阻值．可选用的器材的代号和规格如下：

甲

图7-3-15

电流表A1(量程250 mA，内阻r1＝5 Ω)

电流表A2(量程300 mA，内阻r2约为5 Ω)

待测电阻Rx(阻值约为100 Ω)

滑动变阻器R(最大阻值10 Ω)

蓄电池E(电动势为6 V，内阻r约为1 Ω)

单刀单掷开关S，导线若干

(1)小组同学根据实验器材所设计的实验电路原理图如图7-3-15甲所示，但两只电流表的代号没有明确．请用笔画线代替导线，将图乙中的实验器材按电路原理图连成实验电路，并在电流表下方的虚线框内标明两只电流表的代号．

乙

图7-3-15

(2)他们需要直接测量的物理量是________，用所测物理量表示待测电阻的计算式为Rx＝________.

【解析】 (1)题中没给电压表，而是给了两只电流表，可将已知阻值的电流表A1作为电压表使用，因此与Rx并联的电流表为A1，右侧的电流表为A2，实验器材连线如图所示．

(2)实验中读出电流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2，则电阻Rx两端的电压为U＝I1r1，电流为I＝I2－I1，所以Rx＝UI＝I1r1I2－I1.

【答案】 (1)见解析图 (2)电流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2 I1r1I2－I1

6．某实验小组要测量一个用电器L的额定功率(额定电压为10 V、额定功率在12 W～15 W之间)，测量电路的部分导线已经接好(如图7-3-16所示)，实验室有下列器材可供选用：

图7-3-16

直流电源：E1(电动势为3 V，内阻很小)

E2(电动势为15 V，内阻很小)

直流电流表：A1(量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω)

A2(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω)

直流电压表：V(量程为3 V、内阻为3 kΩ)

滑动变阻器：R1(阻值范围0～20 Ω)

R2(阻值范围0～200 Ω)

定值电阻：R3＝3 kΩ、R4＝9 kΩ、R5＝25 kΩ

开关一个，导线若干

为使测量尽可能准确、方便，请回答：

(1)电源应该选择________(填“E1”或“E2”)；

(2)电流表应该选择________(填“A1”或“A2”)；

(3)滑动变阻器应该选择________(填“R1”或“R2”)；

(4)由于电压表的量程不够，要利用一个定值电阻进行改装．请选择合适的定值电阻，在图7-3-16中用笔画线代替导线连接好测量电路的剩余部分．

【解析】 由于额定电压为10 V，所以直流电源选择电动势为15 V的E2.其额定电流为1.2 A～1.5 A，所以直流电流表选择A2.根据已有的电路结合使实验结果更为精确的要求，采用限流电路，所以利用滑动变阻器R1作为限流电阻．若要将电压表改装为量程更大的电压表，需要与其串联一个定值电阻，根据串联电路特点知，若串联R3，则量程为6 V，若串联R4，则量程为12 V，若串联R5，则量程为28 V，因此串联R4比较合适．

【答案】 (1)E2 (2)A2 (3)R1 (4)如图所示

7．(2014·江西重点中学联盟第二次联考)某同学要测量一节干电池的电动势和内阻．他根据老师提供的以下器材画出了如图7-3-17所示的原理图．

图7-3-17

A．电压表V(15 V,10 kΩ)

B．电流表G(量程3.0 mA，内阻Rg为10 Ω)

C．电流表A(量程0.6 A，内阻约为0.5 Ω)

D．滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A)

E．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1 A)

F．定值电阻R3＝990 Ω

G．开关S和导线若干

(1)该同学没有选用电压表是因为________；

(2)该同学将电流表G与定值电阻R3串联，实际上是进行了电表的改装．则他改装的电压表对应的量程是________V；

(3)为了能准确地进行测量，同时为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是________(填写器材前的字母编号)；

(4)该同学利用上述实验原理图测得以下数据，并根据这些数据绘出了如图7-3-18所示

的图线，根据图线可求出干电池的电动势E＝________V(保留3位有效数字)．干电池的内阻r＝________Ω(保留2位有效数字)．

图7-3-18

序号 1 2 3 4 5 6

电流表G

(I1/mA) 1.37 1.35 1.26 1.24 1.18

1.11

【解析】 (1)测量一节干电池的电动势大约在1.5 V左右，而电压表的量程却达到0到15 V，读数不到刻度盘十分之一，无法准确读数．

(2)电流表G与定值电阻R3串联，串联后的最大电压Um＝Im(R3＋Rg)＝3 V，所以改装的电压表量程是0～3 V.

(3)由于电源电压只有1.5 V左右，若选用滑动变阻器R2(0～100 Ω，1 A)，电流最小只会有1.5 V100 Ω＝0.015 A远小于电流表量程，读数不准确，所以选择较小的滑动变阻器R1(0～20

Ω，10 A)．

(4)改装后电压表示数U＝I1(R3＋Rg)，根据路端电压和电流的关系有1 000I1＝E－I2r，图象纵轴截距即为电动势，所以电动势E＝1.47 V，斜率即内阻r＝0.82 Ω.

【答案】 (1)量程太大 (2)0～3 V (3)D (4)1.47 0.82

8．某同学用如图7-3-19甲所示的电路测量欧姆表的内阻和电源电动势(把欧姆表看成一个电源)，实验器材的规格如下：

电流表A1：200μA,300 Ω

电流表A2：30 mA,5 Ω

定值电阻R0：9700 Ω

滑动变阻器R：0～50 Ω