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类型高中物理电学实验练习题含详解答案(DOC 11页).docx

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    高中物理电学实验练习题含详解答案DOC 11页 高中物理 电学 实验 练习题 详解 答案 DOC 11
    资源描述:

    1、电学实验练习题例1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下:待测电阻Rx(约100 );直流电流表(量程010 mA、内阻50 );直流电压表(量程03 V、内阻5 k);直流电源(输出电压4 V、内阻不计);滑动变阻器(015 、允许最大电流1 A);开关1个,导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.图10-5【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式,即电流表的内接法和外接法,由于Rx,故电流表应采用外接法.在控制电路中,若采用变阻器的限流接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小,Imin=24 mA10 mA,此时电流仍超过电流表的量程,故滑动变阻器必须采用分压接法.如图

    2、10-5所示.例2、在某校开展的科技活动中,为了要测出一个未知电阻的阻值Rx,现有如下器材:读数不准的电流表A、定值电阻R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。画出实验电路图,并在图上标出你所选用器材的代码。写出主要的实验操作步骤。【解析】实验电路如右图所示(此法俗称”替代法”)。将S2与Rx相接,记下电流表指针所指位置。将S2与R1相接,保持R2不变,调节R1的阻值,使电流表的指针指在原位置上,记下R1的值,则RxR1。例3、用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(9001000):电源E,具有一定内阻,电动势约为9.0V;电压表V1,量程为1.5V,内

    3、阻r1750;电压表V2,量程为5V,内阻r22500;滑动变阻器R,最大阻值约为100;)单刀单掷开关K,导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图。【解析】如图所示 (用已知内阻的电压表代替电流表)例4用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材(代号)与规格如下:电流表A1(量程250mA,内阻r1为5);标准电流表A2(量程300mA,内阻r2约为5);待测电阻R1(阻值约为100);滑动变阻器R2(最大阻值10);电源E(电动势约为10V,内阻r 约为1);单刀单掷开关S,导线若干。要求方法简捷,并能测多组数据,画出实验电路原理图并标明每个器

    4、材的代号.需要直接测量的物理量是_,用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1_。【解析】实验电路图如图所示(用已知内阻的电流表代替电压表)。两电流表A1、 A2的读数为I1、I2和电流表A1的内阻为r1,待测电阻R1的阻值的计算公式是:例5有一电阻Rx,其阻值在100200之间,额定功率为0.25W。要用伏安法较准确地测量它的阻值,实验器材有:安培表A1,量程为50mA,RA1=100,安培表A2,量程为1A,RA2=20电压表V1,量程为5V,RV1=10k,电压表V2,量程为15V, RV2=30k 变阻器R1,变阻范围020 ,2A,变阻器R2,变阻范围01000,1A,9V电源,电键,

    5、导线。实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是: 。 画出所用实验电路图。【解析】允许通过电阻中电流可能的最大值由:得,。因为电阻可能为200,所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35mA,应用电流表的示数来控制通过电阻的电流,因此,电流表应选A1。又因为,所以 。因为电阻可能为100,所以允许加在电阻两端的电压的最大值可能是5V,应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压,因此电压表应选V1。因为R1 R2,且2A35mA, 所以应选变阻器R1。因为R1Rx 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。因为, 所以应选用外接电路。实验所用电路如图所示例6(2000年全国)从下表中选出适当的实验器材

    6、,设计一电路来测量电流表A1的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据。在虚线方框中画出电路图,标明所用器材的代号。器材(代号)规 格电流表(A1)量程10mA,内阻r1待测(约40)电流表(A2)量程500A,内阻r2=750电压表(V)量程10V,内阻r3=10电阻(R1)阻值约100,作保护电阻用滑动变阻器(R)总阻值约50电池(E)电动势1.5V,内阻很小导线若干,电键K若选测量数据中的一组来计算r1,则所用的表达式为r1=_,式中各符号的意义是_。【解析】如图所示(用已知内阻的电流表代替电压表)。,I1表示通过电流表A1的电流,I2表示通过电流表A2的电流,r2

    7、表示电流表A2的内阻。mA VV例7(2006年全国、)现要测量某一电压表 的内阻。给定的器材有:待测电压表 (量程2V,内阻约4k);电流表 (量程1.2mA,内阻约500);直流电源E(电动势约2.4V,内阻不计);固定电阻3个:R1=4000,R2=10000,R3=15000;电键S及导线若干。要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。试从3个固定电阻中选用1个,与其它器材一起组成测量电路,并在虚线框内画出测量电路的原理图。(要求电路中各器材用题中给定的符号标出。)电路接通后,若电压表读数为U,电流表读数为I,则电压表内阻RV =_。【解析】若直接将电压表与毫安表串联,因毫安表的量程

    8、过大(即两电表量程不匹配),故应将电压表与一定值电阻并联。实验电路如图所示,若选用电阻R1,则并联电阻2000,电压表读数R1SEVmAUR20001.921V,电流表读数I0.00096A0.96mA0.6mA,R1符合要求,同理可得R2、R3不符合要求,故选R1。电路接通后,通过R1的电流I1,则通过电压表的电流为I2II1I,所以电压表的内阻RV例8(2006年全国)现要测定一个额定电压4V、额定功率1.6W的小灯泡(图中用表示)的伏安特性曲线。要求所测电压范围为0.1V4V。A2A1V现有器材:直流电源E(电动势4.5V,内阻不计),电压表 (量程4.5V,内阻约为4104),电流表

    9、(量程250mA,内阻约为2),电流表 (量程500mA,内阻约为1),滑动变阻器R(最大阻值约为30),电键S,导线若干。如果既要满足测量要求,又要测量误差较小,应该选用的电流表是 ,下面两个电路应该选用的是 。A2【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时,由于题目要求电压范围为0.1V4V,因此滑动变阻器采用分压式接法。根据估算通过小灯泡的额定电流为I=0.4A,因此电流表应该选用 。在伏安法测量过程中,由于临界电阻大于小灯泡电阻,因此应该选择电流表外接法即选择甲电路进行测量。例9、用右图所示的电路,测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值

    10、电阻R0起保护作用。除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:(a) 电流表(量程0.6A、3A);(b) 电压表(量程3V、15V)(c) 定值电阻(阻值1、额定功率5W)(d) 定值电阻(阻值10,额定功率10W)(e) 滑动变阻器(阴值范围0-10、额定电流2A)(f) 滑动变阻器(阻值范围0-100、额定电流1A),那么(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择 V,电流表的量程应选择 A; R0应选择 的定值电阻,R应选择阻值范围是 的滑动变阻器。(2) 引起该实验系统误差的主要原因是 。(1)3,0.6,1,010。(2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小

    11、。解析:由于电源是一节干电池(1.5V),所选量程为3V的电压表;估算电流时,考虑到干电池的内阻一般几左右,加上保护电阻,最大电流在0.5A左右,所以选量程为0.6A的电流表;由于电池内阻很小,所以保护电阻不宜太大,否则会使得电流表、电压表取值范围小,造成的误差大;滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了,取010能很好地控制电路中的电流和电压,若取0100会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的,一般具有倾向性,总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小,造成E测E真,r测r真。例10、某同学在实验室测定一节干电

    12、池的电动势和内阻,实验室中有如下器材:A待测干电池 B电流表G(03mA,内电阻r1=20)C电流表A(00.6A,内电阻r2=0.20)D滑动变阻器甲(最大阻值10)E滑动变阻器乙(最大阻值100) F定值电阻R1=100G定值电阻R2=500 H定值电阻R3=1.5k开关、导线。由于没有电压表,为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。为了方便并能较准确测量,滑动变阻器应选 ,定值电阻应选用 。(填写定值电阻前的序号) 若某次测量中电流表G的示数为I1,电流表A的示数为I2;改变滑动变阻器的位置后,电流表G的示数为I1,电流表A的示数为I2。则可知此电源的内电阻测量值为r= ,电动势

    13、测量值为E= 。【解析】 干电池的电动势和内阻的测量,一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表,故需要将电流表G改装为电压表,且改装后电压表的量程应该达到1.5V,则总电阻为,故定值电阻应选用的序号为G的电阻,而滑动变阻器应选用阻值较小的D;在两次测量过程中,通过电源的电流是两只电表的电流之和,则根据全电路欧姆定律有 ,解之,得, 【例11】某研究性学习小组为了制作一种传感器,需要选用一电器元件。图为该电器元件的伏安特性曲线,有同学对其提出质疑,先需进一步验证该伏安特性曲线,实验室备有下列器材:器材(代号)规格 电流表(A1)电流表(A2)电压表(V1)电压表(V2)滑动变阻器(R1)滑动变

    14、阻器(R2)直流电源(E)开关(S)导线若干量程050mA,内阻约为50量程0200mA,内阻约为10量程03V,内阻约为10k量程015V,内阻约为25k阻值范围015,允许最大电流1A阻值范围01k,允许最大电流100mA输出电压6V,内阻不计为提高实验结果的准确程度,电流表应选用 ;电压表应选用 ;滑动变阻器应选用 。(以上均填器材代号)为达到上述目的,请在虚线框内画出正确的实验电路原理图,并标明所用器材的代号。若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合,请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点?相同点: ,不同点: 。解析:图像中电流00.14A,电流表选A2;电源电压

    15、6V,但图像只要求电压在03V之间调整,为了测量准确电压表选V1;由于绘制图像的需要,要求电压从03V之间调整,所以滑动变阻器只能采用分压式接法,为了能很好调节电压,滑动变阻器应选用阻值较小的R1。该元件约几十,电压表的分流作用可以忽略,所以采用电流表外接法;实验数据的采集要求从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法。从图像的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点,突出都是“非线性”,图像上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数。【例12】某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为9.999,当标准电阻用)

    16、 一只电流表(量程=0.6A,内阻)和若干导线。请根据测定电动势E内电阻的要求,设计图4中器件的连接方式,画线把它们连接起来。接通开关,逐次改变电阻箱的阻值,读处与对应的电流表的示数I,并作记录当电阻箱的阻值时,其对应的电流表的示数如图5所示。处理实验数据时。首先计算出每个电流值I 的倒数;再制作R-坐标图,如图6所示,图中已标注出了()的几个与测量对应的坐标点,请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6中上。在图6上把描绘出的坐标点练成图线。根据图6描绘出的图线可得出这个电池的电动势E= V,内电阻 解析:根据闭合电路欧姆定律,测量电源的电动势和内电阻,需要得到电源的路端电压和通过电源的电

    17、流,在本实验中没有电压表,但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表,测量电源的路端电压,通过电流表的电流也是通过电源的电流,所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。实物图的连接如答图4所示。由闭合电路欧姆定律有:E =I(R+r+rg),解得:,根据R-1/I图线可知:电源的电动势等于图线的斜率,内阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。答案: 见答图4 见答图6 见答图6 1.5(1.461.54);0.3(0.250.35)【例13】某同学为了较精确的测量一阻值约为20的电阻Rx的阻值.在以下备选器材中电流表应选_,电压表应选_,变阻器应选_.(只填写器材对应的字母代号)电源E(电动势

    18、3 V、内阻可忽略不计)电流表A1(量程50 mA,内阻约12);电流表 A2(量程3 A, 内阻约0.12 );电压表V1(量程3 V,内阻约3 k),电压表V2(量程15 V,内阻约15 k);滑动变阻器R1(010 ,允许最大电流2.0 A);滑动变阻器R2(01000 ,允许最大电流0.5 A);定值电阻R(30,允许最大电流1.0A);开关及导线若干请在方框中画出实验电路图(要求直接测量量的变化范围尽可能大一些,所选器材用对应符号标出)。若某次测量中,电压表读数为U,电流表读数为I,则计算待测电阻的阻值表达式为Rx_。【解析】测量电阻的阻值一般利用伏安法,电压表显然应选量程为3 V

    19、的V1;根据欧姆定律容易求得电路中的最大电流,显然超过了电流表A1 50 mA的量程,但电流表 A2的量程又太大,故我们可以将定值电阻R(30)与待测电阻Rx相串联,此时电路中的最大电流,利用电流表A1 测量电流即可。由于要求直接测量量的变化范围尽可能大一些,故只能采用分压电路,且滑动变阻器使用电阻较小的R1。最后我们确定电流表的解法:由于此时电路的临界电阻,则应该利用电流表的外接法。由此得到实验电路图如图所示,当电压表读数为U,电流表读数为I,则计算待测电阻的阻值表达式.【例14】从下表中选取出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表A1的内阻r1,画在下面的方框中,要求方法简捷,有尽可能高的

    20、精确度,并能测出多组数据。器材(代号)规格电流表(A1)量程10mA,内阻r1待测(约40)电流表(A2)量程500A,内阻r2=750电压表(V)量程10V,内阻r3=10k电阻(R1)阻值约100,作保护电阻用滑动变阻器(R2) 总阻值约50电池(E)电动势1.5V,内阻很小电键(S)导线若干【解析】要测量电流表A1的内阻,按常规思想应用伏安法,将电压表并联在待测电流表两端,但根据本题所提供的仪器,我们可以首先肯定,在本实验中不可能用到电压表,因为电源的电动势只有1.5V,而电压表的量程为10V,最多不到满偏的1/6,用它来读数误差太大,因此该实验能用到的电表只可能用两块电流表。两块电流表

    21、有可能串联,也有可能并联,但题目中电流表A2的内阻r2已知,因此将两电流表并联,根据并联规律I1r1=I2r2可求出电流表A1的内阻r1=。加在电流表两端的电压最大值Um=Imr2=0.375V,而滑动变阻的最大阻值只有50,如果将滑动变阻器接成限流,会超过电流表的量程,将它们烧坏。如果仅仅将滑动变阻器接成分压,滑动变阻器可调节的范围很小,只有全长的1/4,这样测量的次数比较少。故应将定值电阻R1接在干路上用作限流,电路图如图所示。【例15】现有器材:量程为10.0mA、内阻约30-40的电流表一个,定值电阻R1=150,定值电阻R2=100,单刀单掷开关K,导线若干。要求利用这些器材测量一干

    22、电池(电动势约1.5V)的电动势。(1)按要求在实物图上连线。(2)用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为E= ,式中各直接测得量的意义是: .【解析】根据提供的器材,可任取一个定值电阻与电流表、干电池、开关接成一个串联电路,用欧姆定律建立方程组进行测量。但在本题中,电流表量程为10.0mA,干电池的电动势约为1.5V,如果把定值电阻R1与电流表、干电池、开关接成一个串联电路,则回路中总电阻约为180,回路中电流约为1.5V /180=8.3mA,而如果把定值电阻R2与电流表、干电池、开关接成一个串联电路,则回路中总电阻约为130,回路中电流约为1.5V /130=11.5mA,显然,

    23、该电流已超过电流表的量程。考虑到实验的可行性,此时用定值电阻R2与R1串联即可,故有如下解答:(1)连图:左图只用R1接入电路;右图用R1和R2串联接入电路。(连线如图) (2)设I1是外电阻为R1时的电流,I2是外电阻为R1和R2串联时的电流,则有,解之,可解得干电池电动势为:. RAR滑G【例17】某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻,实验室中有如下器材:A待测干电池 B电流表G(03mA,内电阻r1=20)C电流表A(00.6A,内电阻r2=0.20)D滑动变阻器甲(最大阻值10)E滑动变阻器乙(最大阻值100) F定值电阻R1=100G定值电阻R2=500 H定值电阻R3=1.5

    24、k开关、导线。由于没有电压表,为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。为了方便并能较准确测量,滑动变阻器应选 ,定值电阻应选用 。(填写定值电阻前的序号) 若某次测量中电流表G的示数为I1,电流表A的示数为I2;改变滑动变阻器的位置后,电流表G的示数为I1,电流表A的示数为I2。则可知此电源的内电阻测量值为r= ,电动势测量值为E= 。【解析】 干电池的电动势和内阻的测量,一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表,故需要将电流表G改装为电压表,且改装后电压表的量程应该达到1.5V,则总电阻为,故定值电阻应选用的序号为G的电阻,而滑动变阻器应选用阻值较小的D;在两次测量过程中,通过电源

    25、的电流是两只电表的电流之和,则根据全电路欧姆定律有 ,解之,得, .【例18】小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象,用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压):(1)在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有:电压表、电流表、滑线变阻器(变化范围0-10)、电源、小灯泡、电键、导线若干.(2)在右图中画出小灯泡的U-I曲线.(3)某电池的电动势是1.5V,内阻是2.0.将本题中的灯泡接在该电池两端,小灯泡的实际功率是多少? 【解析】(1)为了作出小灯泡的U-I曲线,必须采用分压的方法;而因为小灯泡的电阻比较小,故采用电流表的外接法,实验电路图见下图.(2)小灯

    26、泡的U-I曲线首先用描点法作出各个点,利用圆滑的曲线连接即可得到下图。(3)作出图线,可得小灯泡工作电流为0.35安,工作电压为0.80伏,因此小灯泡实际功率为0.28瓦. 【例19】在测定金属的电阻率的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示,用米尺测量金属丝的长度l=0. 810 m金属丝的电阻大约为4,先用伏安法测出金属丝的电阻,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率(1)从图中读出金属丝的直径为 mm.(2)在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测电阻丝外,还有如下供选择的实验器材:A直流电源:电动势约4.5 V,内阻很小;B.电流表A1:量程00.6 A,内阻0.125;

    27、 C电流表A2:量程03. 0 A,内阻0. 025;D电压表V:量程03 V,内阻3 k;E.滑动变阻器R1:最大阻值10;F.滑动变阻器R2:最大阻值50;G开关、导线等在可供选择的器材中,应该选用的电流表是 ,应该选用的滑动变阻器是 。(3)根据所选的器材,在如图所示的方框中画出实验电路图(4)若根据伏安法测出电阻丝的电阻为Rx=4. 1,则这种金属材料的电阻率为 m.(保留二位有效数字)【解析】(1)金属丝的直径为0.522mm. ( 2)电路中的最大电流,显然超过了电流表A1 0.6 A的量程,但电流表 A2的量程又太大,故电流表应该选用A1,由于滑动变阻器R1最大阻值为10,比被测

    28、电阻丝的电阻大,且容易调整,所以采用限流电路即可。由于此时电路的临界电阻,故电流表采用外解法.(3)实验电路如图所示 (4)利用电阻定律,则1.110-6m.【例20】在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:A待测的干电池(电动势约为1.5V,内电阻小于1.0)B电流表G(满偏电流3mA,内阻Rg=10)C电流表A(00.6A,内阻0.1)D滑动变阻器R1(020,10 A) E.滑动变阻器R2(0200,l A)F定值电阻R0 (990) G开关和导线若干(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流表,于是他设计了如图所示中甲的(a)、(b)两个参考实验电路,其

    29、中合理的是 图所示的电路;在该电路中,为了操作方便且能准确地进行测量,滑动变阻器应选 (填写器材前的字母代号)(2)图乙为该同学根据(1)中选出的合理的实验电路利用测出的数据绘出的I1I2图线(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),则由图线可以得被测电池的电动势E= V,内阻r= 。【解析】本题中测定干电池的电动势和内电阻需要用电压表和电流表,由于题中只给了两个电流表,故可以通过改装来实现.因为定值电阻R0=990,则电流表G与之串联较好,所以合理的是b图所示的电路,滑动变阻应选D;根据全电路欧姆定律容易得到 ,即由I1I2图线可以看出,图线与纵轴的交点为1.48,即,故电动势E=1.

    30、48V;又因为,即,故.【例21】某电压表的内阻在2050K之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:待测电压表V(量程3V),电流表A1(量程200A),电流表A2(量程5mA),电流表A3(量程0.6A),滑动变阻器R(最大阻值1k),电源E(电源电压为4V),开关S.(1)所提供的电流表中应选用(填字母代号).(2)为了尽量减小误差,要求多测几组数据,试在图10-9方框中画出符合要求的实验电路(其中电源和开关及连线已画出).图10-9【解析】电压表的示数等于通过电压表的电流与本身内阻的乘积,估算电路中的最大电流为E 图10-10所以应选电流表A1,与电压表串联在电路中.滑动变阻器

    31、的电阻远小于电压表内阻.如果用滑动变阻器连成限流电路,一则它对电路的调控作用很不明显,二则是待测电压表分得的最小电压约为大于电压表的量程,变阻器明显不能组成限流电路,这样变阻器应作为分压器接在电路中,就不会出现上述问题,电路如图10-10所示. 【总结】对于电表的选择,必须先根据已知条件估算电路中的最大电压或电流值,以此确定选用略大于且量程最小的电表。【例22】用以下器材测量电阻Rx的阻值(900-1000):电源E,有一定内阻,电动势约为9.0V;电压表V1,量程为1.5V,内阻r1=750;电压表V2,量程为5V,内阻r2=2500;滑线变阻器R,最大阻值约为100;单刀单掷开关K,导线若干。(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注)。(2)若电压表V1的读数用U1表示,电压表V2的读数用U2表示,则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=? 。2.分析与解:很多考生解析此题,第一思维考虑的就是伏安法,由于本题没有电流表,思维受阻,当然做不正确。只有极少数有“用已知内阻的电压表代替电流表”新观念的考生才能做正确。答案:(1)测量电阻Rx的实验电路如图2所示。(2)电压表V1的示数U1,电压表V2的示数U2,电压表V1的内阻r1,根据串联、并联电路的规律,算出Rx的电阻为Rx=。

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