【备考2023】浙教版科学“冲刺重高”压轴训练（四）：电学实验设计【word，含答案】

1．现有一阻值为10Ω的定值电阻、一个开关、若干根导线和一个电压表,该电压表表面上有刻度但无刻度值.另有一个电源箱（如图），要求设计一个能测定某电源内阻r的阻值的实验方案(已知电压表内阻很大,其量程大于电源电压,r约为几欧)要求:
（1）在答题卷指定框内完成实验电路图；
（2）简要写出完成接线后的实验步骤；
（3）写出用测得的量计算r的表达式。
2．实验室中有一个热敏电阻R，其电阻值随温度变化的图象如图1所示。现有下列实验器材：一节旧干电池，两个开关S1、S2、导线若干。另外，还有再可供选择的以下器材：
A．电流表A（量程：0～0.6A，0～3A）
B．电压表V（量程：0～3V，0～15V）
C．定值电阻R1（阻值：5Ω）
D．定值电阻R2（阻值：150Ω）
请你从A、B、C、D四种实验器材中选择2种器材较准确地测量出当温度在27℃时热敏电阻R的阻值。请根据要求完成下列问题。
（1）选择的2种器材是　 　（填写器材前面字母序号）；
（2）在图2现有电路的基础上画出实验电路图（实验测量过程中不拆接电路）；
（3）按照电路图2连接电路，写出实验步骤并用字母表示出测量的物理量　
　 。
（4）热敏电阻R＝　 　。（用测量出来的物理量和已知量表示）
3．小丽要测量未知电阻的阻值，她利用符合实验要求的电源一个、已调零的电压表一块、滑动变阻器、电阻箱各一个、开关两个、导线若干，小丽设计了如图所示的实验电路图，并写出了如下的实验步骤。请你将小丽的实验步骤补充完整。
①开关和均断开，按电路图连接电路，将滑动变阻器滑片P移到阻值最大端。
②只闭合开关　 　，调节滑动变阻器的滑片P到适当位置，记录电压表的示数；
③断开开关　 　，闭合　 　，保持　 　不变，调节　 　，使电压表的示数仍为；
④记录此时电阻箱的示数，则待测电阻的阻值。
4．实验桌上有如下器材：符合实验要求的电源一个、电流表和电压表各一只、开关一个、各种阻值已知的定值电阻和导线若干。要求从实验桌上选择适当器材，设计一个实验证明：“当通过电阻的电流保持不变时，电阻消耗的电功率与该电阻的阻值成正比”。请根据上述要求，画出实验电路图，并写出实验步骤，画出实验数据记录表。
5．实验桌上有满足实验要求的电源、电阻箱、滑动变阻器、开关各一个，已调零的电压表和电流表各一块，导线若干。小华利用以上器材探究“在导体两端电压不变时，导体中的电流跟导体的电阻成反比”。小华设计的实验电路图如图。以下是他的部分实验步骤，请你依据他的实验设计图把步骤补充完整。
实验步骤：
⑴开关断开，按照电路图连接电路，电阻箱调适当值 为R，滑动变阻器的滑片置于最大阻值处；
⑵闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数 为U，用电流表测通过电阻R的电流为I，记录　 　和电流I的数据。
⑶　 　；
⑷　 　。
6.用两节旧的干电池、两个开关、一个电压表、一只阻值为R0＝20Ω的定值电阻、导线若干，测量未知电阻Rx的阻值，电路实物图如图甲所示。
（1）用笔画线代替导线将图甲中的电压表接在R0两端。
（2）正确连接电路，闭合开关S1和S电压表示数为U1，如图乙，U1＝　 　V。
（3）断开S1，闭合S，电压表示数为U2，若电源电压不变，忽略电阻大小对温度影响，则Rx＝　　（用题中给的字母表示）。
7．某实验小组的同学决定设计一个简易的身高测量仪，可用器材有电压恒定的电源、电压表、电阻丝、定值电阻、开关、导线（若干）等。他们的设想是：用滑片在绷直的电阻丝上滑动代替滑动变阻器；将电压表改装成身高显示仪﹣﹣所测身高越大，显示仪示数越大，且刻度均匀。
（1）同学们设计了如图所示电路，老师指出他们的设计有不够合理的地方。你认为下列分析正确的是　 　。
A．移动滑片P时电路的总电阻没有变化
B．当所测身高越大时，电压表的示数越小
C．电压表的示数变化量跟身高变化量不成正比
D．电压表的示数不能由零变化到最大刻度值
（2）在老师的引导下，同学们设计出了正确的电路，是图中的　 　电路。
8．小金用图甲所示的电路探究串联电路电压的规律，实验时意外发现：“当变阻器滑片P向左移时，两电压表的读数之和减小。”他产生了疑惑，在老师的引导下，知道了用久的普通干电池内部有不可忽略的电阻，可将它看作一个理想电源（电压U恒定，电阻为0）与一个电阻r的串联（图乙所示），为了测量干电池电阻r，他选择了适当器材，设计出如下的实验方案。
（1）选用的器材：一个电压表，符合实验要求的已知阻值的定值电阻R1，导线和开关若干，一节旧干电池。
（2）设计出了如图丙的实验电路图。
（3）请你根据他所设计的电路图，帮他写出主要的实验步骤和需测量的物理量。　 　。
（4）请你帮他写出干电池电阻r的数学表达式（用已知量和测量量表示）：　　。
9．力敏电阻的阻值会随着其表面受到的压力大小的改变发生变化，科技节小明想制作电子秤参加比赛，网购了一款力敏电阻，在说明书上查阅到该力敏电阻阻值与压力变化的关系如图所示。
（1）从图中得到的初步结论是　 　。
（2）小明读图时发现，在压力F为15牛，图中无法准确读出该力敏电阻Rx的阻值，小明利用下列器材进行测量：该型号力敏电阻、15牛的重物、电压恒为3V的电源、电压表（量程0～3V）、最大阻值为25Ω的滑动变阻器R1、开关各一个，定值电阻3个，分别为R2（60Ω）、R3（30Ω）、R4（10Ω），导线若干。
请合理选择器材完成任务。
要求：①画出实验电路图。
②写出主要实验步骤和需测量的值（用字母表示）。
③为精确测量，电表指针偏转要达到最大量程的以上。
参考答案
1．（1）
（2）①断开开关,记下电压表偏转格数N1,
②合上开关,记下电压表偏转格数N2,
（3）断开开关时设电源电动势U=N1,闭合开关后应有U=N2+N2r/R,联立两式计算得出
【解答】（1）将10Ω的定值电阻与电源串联，再将电压表与定值电阻串联，如下图所示：
（2）实验步骤：
①断开开关，记下电压表偏转格数N1；
②合上开关，记下电压表偏转格数N2,
（3）断开开关时，电压表的示数就是电源总电压，即U=N1；
根据串联电路U总=U1+U2得到：；
解得：。
2．解：（1）因要准确测量出当温度在27℃时热敏电阻R的阻值，由R﹣T图象可知，待测电阻大小在100Ω～200Ω之间；当选取R2时，因其阻值与待测电阻大小接近，当两电阻串联时，根据分压原理可知，两电阻分得的电压接近，因电源电压为2V左右，所以两电阻电压各约为1V左右，故使用电压表的小量程，测量电压准确度较高。所以，选择的两种器材是B、D，选择电表的量程为0～3V；
（2）因只有一只电压表，故可采用开关闭合使电阻R短路的方法，在不拆接的前提下，可测出两个不同的电压值，实验电路如图所示：
（3）实验步骤为：A、闭合开关S1，断开开关S2，读出电压表的示数为U1；
B、闭合开关S1、S2，读出电压表示数为U2；
（4）由操作B知，电源电压为U2；
由操作A知，U1为两电阻串联时R2的电压，通过R2的电流I；
根据串联电路电压的规律可知，此时待测电阻R的电压为U2﹣U1，
由分压原理：
，
待测电阻：RR2150Ω。
故答案为：（1）B、D；（2）如上所示；
（2）电路图如上图所示；
（3）A、闭合开关S1，断开开关S2，读出电压表的示数为U1；
B、闭合开关S1、S2读出电压表示数为U2；
（4）150Ω。
3．；；；滑片的位置；电阻箱的阻值
【解答】②③本实验采用的等效替代法。先将待测电阻单独接入电路，将滑动变阻器滑片移动到合适位置时记下电压表示数；然后用电阻箱来替代待测电阻接入电路，在保持滑动变阻器阻值不变的情况下，调节电阻箱阻值，使它在电路中达到和待测电阻一样的效果，即使电压表示数仍为原来的示数；所以，实验的步骤为：只闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P到适当位置，记录电压表的示数；然后断开开关，闭合，保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱的电阻值，使电压表的示数仍为；记录此时电阻箱的示数，则待测电阻的阻值。
4．实验电路图：
实验步骤：
①按电路图将电流表、电压表和六个阻值不同的电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6接入电路中，并把这六个电阻的阻值记录在表格中；
②闭合开关S，测出R1两端的电压和通过R1的电流，并把数据记录在表格中；
③断开开关S，把电压表并联在R2两端，仿照步骤②，测出R2两端的电压和通过R2的电流，并把数据记录在表格中；
④仿照步骤③，分别测出电阻R3、R4、R5、R6两端的电压和相应的电流，并把数据记录在表格中；
⑤利用公式P=UI分别计算出R1、R2、R3、R4、R5和R6消耗的电功率，并把数据记录在表格中。
实验数据记录表：
实验数据表格应包括电阻阻值、电阻两端的电压值、流过电路的电流、各电阻的功率，由电阻的个数确定表格的列数．实验数据记录表如下：
R/Ω
U/V
I/A
P/W
5．电阻箱的阻值；断开开关，改变电阻箱R的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变仍为U，读出电流表的电流I，记录电阻R和电流I的数据；仿照步骤（3），再改变4次电阻箱的阻值R，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变仍为U，读出电流表的电流I，记录电阻R和电流I的数据。
【解答】解：（2）闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为U，用电流表测通过电阻R的电流为I，记录电阻箱的阻值和电流I的数据。（3）断开开关，改变电阻箱R的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变仍为U，读出电流表的电流I，记录电阻R和电流I的数据；（4）仿照步骤（3），再改变4次电阻箱的阻值R，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变仍为U，读出电流表的电流I，记录电阻R和电流I的数据。
故答案为：（2）电阻箱的阻值；（3）断开开关，改变电阻箱R的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变仍为U，读出电流表的电流I，记录电阻R和电流I的数据；（4）仿照步骤（3），再改变4次电阻箱的阻值R，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数保持不变仍为U，读出电流表的电流I，记录电阻R和电流I的数据。
6.解：（1）由题知，要求图甲中的电压表接在R0两端，因两节干电池的最大电压为3V，所以电压表应选用“0～3”量程，注意电流从“+”接线柱流入，从“ ”接线柱流出，如图所示：
（2）由（1）可知电压表选用“0～3V”量程，分度值为 0.1V，图乙中指针指在2.8刻度线上，读数为2.8V；
（3）闭合开关S1和S时，RX被短路，电路为R0的简单电路，电压表测电源电压，则电源电压为2.8V；
断开S1，闭合S，则RX和R0串联，电压表测R0两端的电压，U0＝U2，
根据串联电路的电压特点，Rx两端的电压为UX＝U1 U2＝2.8V U2，
由串联分压知识得：，则RX。
故答案为：（1）如上图所示；（2）2.8；（3）。
7．解：（1）由电路图可知，定值电阻R1与滑动变阻器R2串联，电压表测V2两端的电压。
A．移动滑片P时，R2接入电路中的电阻发生变化，由电阻的串可知，电路的总电阻发生变化，故A错误；
B．当所测身高越大时，滑片上移，R2接入电路中的电阻变大，由串联电路的分压特点可知，R2两端分得的电压变大，即电压表的示数越大，故B错误；
C．由串联电路的特点和欧姆定律可得，电压表的示数U2＝IR2R2，据此可知电压表的示数变化量跟身高变化量不成正比，故C正确；
D．当滑片位于R2下端时，接入电路中的电阻为零，电路为R1的简单，电压表的示数为0V，则电压表的示数可以由零变化到最大刻度值，故D错误；
故选：C；
（2）甲图：R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，由电压表的示数U2＝IR2R2可知，所测身高越大时，显示仪（电压表）的示数越大，但刻度不均匀，故A不符合题意；
乙图：R1与R2串联，电压表测R1两端的电压，所测身高越大时，R2接入电路中的电阻变大，由串联电路的分压特点可知，R2两端分得的电压变大，由串联电路的电压特点可知，R1两端的电压变小，即显示仪（电压表）的示数变小，故B不符合题意；
丙图：R1与R2串联，电压表测R2滑片上方电阻丝两端的电压，由电压表的内阻很大、在电路中相当于断路可知，所测身高越大时，滑片上移，电压表所测电阻丝的阻值减小，但接入电路中的电阻不变，根据欧姆定律可知电路中的电流不变，显示仪（电压表）的示数变小，故C不符合题意；
丁图：R1与R2串联，电压表测R2滑片下方电阻丝两端的电压，所测身高越大时，滑片上移，电压表所测电阻丝的阻值增大，但接入电路中的电阻不变，根据欧姆定律可知电路中的电流不变，显示仪（电压表）的示数变大，且刻度均匀，故D符合题意。
故选：丁。
故答案为：（1）C；（2）丁。
8．解：根据实验电路丙图可知，将R1与电源（r）串联起来，将电压表并联在R1两端。
当S断开时，电压表测的是电源电压；当S闭合时，电压表测的是R1两端电压，利用串联电路电流规律和电压规律即可求解。
所以实验步骤：
①按照电路图连接电路，记下开关S断开时电压表的示数U；②闭合开关S，记下电压表的示数U1。
因为串联电路电流相等：则 ，整理得r。
故答案为：（3）①按照电路图连接电路，记下开关S断开时电压表的示数U；②闭合开关S，记下电压表的示数U1；（4）。
9．解：
（1）由图知，该力敏电阻的阻值随压力的增大而减小；
（2）由图可知，压力为12N时，力敏电阻大小为80Ω；压力为16N时，电阻为60Ω，故当压力F为15N，力敏电阻在60Ω和80Ω之间；因电源电压为3V，要求电表指针偏转要达到最大量程的以上，即电压表示数大于2V，由分压原理，力敏电阻大小至少为所选用电阻的2倍，故R2不符合要求；
可选用R1、R3、R4，分别进行实验，将待测电阻分别与R1、R3、R4，串联，电压表与待测电阻并联，电路图如下图所示，为减小误差，要多次测量取平均值：
实验步骤：
①按图连接电路，在Rx上压上15N的重物，将变阻器R1滑片P移动到最右端，闭合开关，用电压表测出Rx两端的电压Ux1；
根据串联电路电压的规律及欧姆定律，电路的电流为：
I，由欧姆定律，Rx的阻值Rx125Ω；
②将R1分别改为定值电阻R3、R4，闭合开关，用电压表测出Rx两端的电压Ux2与Ux3；同理分别计算出Rx的阻值Rx230Ω、Rx310Ω；
③取平均值作为测量结果，Rx（Rx1+Rx2+Rx3）。
故答案为：（1）该力敏电阻的阻值随压力的增大而减小；（2）①如上所示；②见上。
电学实验设计