专题限时集训(十六) 电学实验
1．(2024·江苏连云港统考一模)精密仪器中常用到金属膜电阻，它是通过金属电镀工艺将金属层溅射到绝缘陶瓷基底的表面形成的。如图甲所示，某金属膜电阻长度为L，金属膜厚度为h。实验室提供的器材有：干电池2节，电压表V(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)，电流表(0～5 mA，内阻约为50 Ω)，滑动变阻器(最大阻值10 Ω)，开关S，导线若干。某同学用图乙所示电路测量该金属膜电阻的电阻率，请回答以下问题：
(1)闭合S前，应将滑动变阻器的滑片置于________(选填“a”或“b”)端。
(2)用螺旋测微器测量镀膜后的陶瓷管直径D，示数如图丙所示，则D＝________ mm。
(3)闭合开关后，移动滑片，测出多组电表示数的U、I值，并画出U-I图像如图丁所示，可得金属膜电阻的阻值R＝________ Ω。
(4)用字母D、L、R、h表示金属膜电阻的电阻率ρ＝________。
(5)金属膜电阻的电阻率测量值偏大，试写出产生误差的主要原因____________________________________________________________________。
2．(2024·1月九省联考贵州卷)掺氟氧化锡(FTO)玻璃在太阳能电池研发、生物实验、电化学实验等领域有重要应用，它由一层厚度均匀、具有导电性能的薄膜和不导电的玻璃基板构成。为了测量该薄膜厚度d，某兴趣小组开展了如下实验：
(1)选取如图(a)所示的一块长条形FTO玻璃，测出其长度为L，宽度为b。
(2)用电阻表接薄膜M、N两端，测得薄膜电阻Rx约为40 Ω。为了获得多组数据，进一步精确测量Rx的阻值，有如下器材可供选用：A．电源E(电动势为3 V，内阻约为0.2 Ω)；B．电压表V(量程0～1 V，已测得内阻RV＝1 000 Ω)；C．电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)；D．电流表A2(量程0～100 mA，内阻约为3 Ω)；E．滑动变阻器R(最大阻值为10 Ω)；F．定值电阻R1＝20 Ω；G．定值电阻R2＝2 000 Ω； H．开关一个，导线若干。
(3)其中，电流表应选________(选填“A1”或“A2”)，定值电阻应选________(选填“R1”或“R2”)。
(4)根据以上要求，将图(b)所示的器材符号连线，组成测量电路图。
(5)已知该薄膜的电阻率为ρ，根据以上实验，测得其电阻值为Rx，则该薄膜的厚度d＝________(用ρ、L、b和Rx表示)。
(6)实验后发现，所测薄膜的厚度偏大，其原因可能是________(填正确答案前的序号)。
①电压表内阻RV测量值比实际值偏大
②电压表内阻RV测量值比实际值偏小
③选用的定值电阻标定值比实际值偏大
④选用的定值电阻标定值比实际值偏小
3．(2024·河北卷)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值 50 Ω，1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性
使用多用电表的“×10 k”电阻挡测量二极管的电阻。如图1所示，当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时，多用电表指针位于表盘中a位置(见图2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(见图2)。由此判断M端为二极管的________(选填“正极”或“负极”)。
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性
①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的________、________、________接线柱(以上三空均选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而______(选填“增大”或“减小”)。
4．(2024·福建漳州统考二模)为测量一硅光电池的电动势和内电阻，某兴趣小组设计了如图甲所示的实验电路，图中R为滑动变阻器， 电压表的量程为0～3 V， 内阻约为3 kΩ，电流表的量程为0～300 mA，内阻为2 Ω。在光照强度保持不变的条件下进行下述实验：
(1)根据所选实验电路图连接好电路，使滑动变阻器滑片位于适当位置，闭合开关，记录电流表和电压表对应的读数I和U；改变滑动变阻器滑片位置，记录多组电表读数。
(2)根据数据作出U-I图像，如图乙所示。可求得该硅光电池的电动势E＝________ V。
(3)当U＝2.00 V，此时硅光电池的内阻为______ Ω(结果保留2位有效数字)；根据图像可知，电池的内阻________(选填“是”或“不是”)常数。
(4)若将阻值为24 Ω的定值电阻接在该电池两端，则电阻的实际功率是________ W。
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1．解析：(1)分压式接法滑片置于待测电路分压最小的位置，目的是保护待测电路。闭合S前，应将滑动变阻器的滑片置于a端，从而使闭合开关之后分压部分电路电压从零开始变化。
(2)根据螺旋测微器读数规则，由题图丙可知固定刻度为 3.5 mm，可动刻度为20.0×0.01 mm，得镀膜后的陶瓷管直径D为D＝3.5 mm＋20.0×0.01 mm＝3.700 mm。
(3)如图所示
U I图像的斜率为电阻大小，得R＝ Ω＝645 Ω。
(4)根据电阻定律有R＝ρ，而金属膜的横截面积为S＝π－π＝πh(D－h)，联立解得金属膜电阻的电阻率为ρ＝。
(5)如题图乙所示，电流表采用内接法，在电路中电流表会分压，使得电压表读数偏大，由欧姆定律R＝，得测量的电阻值偏大，由ρ＝，可知电阻率测量值偏大。
答案：(1)a (2)3.700 (3)645 (4)(5)见解析
2．解析：(3)由欧姆定律可得Imax＝＝ A＝75 mA，故电流表选A2。由于电压表量程较小，需串联一个电阻，即该串联的电阻为R0＝－RV＝2 000 Ω，则定值电阻应选R2。
(4)由题意可知，滑动变阻器应采用分压式接法，又因为RV已知，无系统误差，所以电流表采用外接法，故电路图如图所示。
(5)由电阻定律有Rx＝ρ＝ρ，可得该薄膜的厚度为d＝。
(6)实验后发现，所测薄膜的厚度偏大，则所测电阻Rx偏小，可能原因为电压表内阻RV测量值比实际值偏大，则串联的电阻偏大，电压表内阻偏大，则测量电压时读数偏小，电阻测量值偏小；或选用的定值电阻标定值比实际值偏小，则电压的测量值偏小，故选①④。
答案：(3)A2 R2 (4)见解析图 (5) (6)①④
3．解析：(1)使用多用电表时，通过多用电表的电流流向遵循“红进黑出”，使用多用电表的电阻挡时，当黑表笔与M端接触、红表笔与N端接触时，若有电流，则二极管中电流方向为M→N，而由题图2可知此时多用电表指针位于a位置，即此时二极管电阻无穷大，由二极管的单向导电性可知，此时二极管所接电压为反向电压，则M端为二极管的负极。
(2)①由于要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始，则滑动变阻器应采用分压式接法，L1、L2的另一端应接A接线柱，L3另一端应接C(或D)接线柱。
②I U图像上某点与坐标原点连线的斜率的倒数表示光敏电阻的阻值，由题图4可知，光照增强时，光敏电阻的阻值减小，即光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而减小。
答案：(1)负极 (2)①A A C(或D) ②减小
4．解析：(2)由题图乙可知电流为零时所对应的电压为电池电动势2.60 V。
(3)电压为2.00 V时，由题图乙可知电流为210 mA，由闭合电路欧姆定律可得E＝U＋I(r＋RA)，代入数据解得r≈0.86 Ω， 根据题图乙可知电池的内阻不是常数。
(4)在U I图像中作一条过原点的直线表示24 Ω的定值电阻的U I图线，如图所示，由图线可知该直线与该电源的 U I 曲线的交点坐标为 (100 mA，2.40 V)，其横、纵坐标的乘积表示电阻的实际功率P＝UI＝2.40 V×0.1 A＝0.24 W。
答案：(2)2.60 (3)0.86 不是 (4)0.24
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