高频微专题7 多种方法测电阻 电学实验综合《巅峰突破》2026版物理高三一轮复习（含答案解析）
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| 名称 | 高频微专题7 多种方法测电阻 电学实验综合《巅峰突破》2026版物理高三一轮复习（含答案解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 698.6KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-09-10 17:02:26 | ||
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文档简介
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高频微专题7 多种方法测电阻 电学实验综合
满分100分,限时75分钟
实验题(共9小题)
1.(10分)某物理课外实验小组为了测量某未知电阻R0的阻值,制定了三种测量方案。
(1)方案一:用伏安法测电阻
如图甲所示的实验电路,电压表的示数为2.80 V,电流表的示数为80.0 mA,则由此可得未知电阻R0的阻值为 Ω(结果保留3位有效数字),此测量值 (填“大于”或“小于”)真实值。
(2)方案二:用等效替代法测电阻
a.如图乙所示,将电阻箱R的阻值调到最大,闭合开关S1和S2,调节电阻箱R,使电流表示数为I0,电阻箱的示数R1=102 Ω;
b.断开开关S2,闭合开关S1,调节电阻箱R,使电流表示数仍为I0,电阻箱的示数R2=58 Ω;
c.则未知电阻R0的阻值为 Ω。
(3)方案三:用电桥法测电阻
如图丙所示的实验电路,AB为一段粗细均匀的直电阻丝。闭合开关S,调整触头D的位置,使按下触头D时,电流表G的示数为零。已知定值电阻R的阻值,用刻度尺测量出AD和BD的长度分别为l1、l2,则电阻R0= (用R、l1、l2表示)。
2.(11分)某实验小组设计实验来测定一段金属丝Rx的电阻,定值电阻的阻值R0=20 Ω,电压表为理想电压表,S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关,E为电源,R为滑动变阻器,电路图如图甲所示。
(1)用螺旋测微器测得金属丝的直径d= mm。
(2)闭合开关前,滑动变阻器滑片置于 (填“左端”“右端”或“中间”)。
(3)闭合开关S1,将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑片的位置,记下此时电压表的示数为U1。然后将开关S2掷于2端,记下此时电压表的示数为U2,重复以上步骤,测量多组U1、U2的值。
(4)根据测量数据作出U2-U1图像,如图丙所示,金属丝的电阻Rx= Ω。
3.(12分)某同学采用如图所示的电路测定未知电阻Rx,其中R1、R2为定值电阻,R3为电阻箱,G为灵敏电流计,实验步骤如下:
(1)实验前,先用多用电表粗测Rx的阻值,用“×100”挡时发现指针偏转角过大,他应换用 (选填“×10”或“×1 k”)挡。
(2)闭合开关,调整电阻箱的阻值,当电阻箱读数为R0时,灵敏电流计G的示数为零,此时A、B两点电势 (填“相等”或“不相等”),测得Rx= (用R1、R2、R0表示);如果电阻R1阻值有误差,实际值偏大,则待测电阻测量值 (填“偏大”“偏小”或“相等”)。
4.(12分)用如图甲所示的电路测量一个量程为100 μA,内阻约为2 000 Ω的微安表头的内阻,所用电源的电动势约为12 V,有两个电阻箱可选,R1(0~9 999.9 Ω),R2(0~99 999.9 Ω)。
(1)RM应选 ,RN应选 。
(2)根据电路图,请把实物连线补充完整。
(3)下列操作顺序合理排列是 。
①将变阻器滑动头P移至最左端,将RN调至最大值;
②闭合开关S2,调节RM,使微安表半偏,并读出RM阻值;
③断开S2,闭合S1,调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏;
④断开S1、S2,拆除导线,整理好器材。
(4)图丙是RM调节后面板,则待测表头的内阻为 ,该测量值 (填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
(5)将该微安表改装成量程为2 V的电压表后,某次测量指针指在图丁所示位置,则待测电压为 V(保留3位有效数字)。
(6)某次半偏法测量表头内阻的实验中,S2断开,电表满偏时读出RN值,在滑动头P不变,S2闭合后调节电阻箱RM,使电表半偏时读出RM,若认为O、P间电压不变,则微安表内阻为 (用RM、RN表示)。
5.(14分)某实验小组用图甲所示的电路来测量阻值约为20 Ω的电阻Rx的阻值,图中R0为标准电阻,阻值为R0=16 Ω;V1、V2为理想电压表,S为开关,R为滑动变阻器,E为电源。回答下列问题:
(1)按照图甲所示的实验原理图在图乙中完成实物连接。
(2)实验开始之前,将滑动变阻器的滑片置于位置 (填“最左端”“最右端”或“中间”)。合上开关S,改变滑片的位置,记下两电压表的示数分别为U1、U2,则待测电阻Rx= (用U1、U2、R0表示)。
(3)为了减小偶然误差,改变滑片的位置,多测几组U1、U2的值,作出的U1-U2图像如图丙所示,图像的斜率为k= (用R0、Rx表示),可得Rx= Ω。
6.(14分)某实验小组为了测量某种材料制成的电阻丝的电阻,实验室提供的器材有:
A.电流表G1(内阻Rg1=100 Ω,满偏电流Ig1=10 mA)
B.电流表G2(内阻Rg2=100 Ω,满偏电流Ig2=25 mA)
C.定值电阻R0(100 Ω,1 A)
D.电阻箱R1(0~9 999 Ω,1 A)
E.滑动变阻器R2(100 Ω,1 A)
F.电源E(电动势为36 V,内阻不计)
G.多用电表
H.开关S和导线若干
某同学进行了以下操作:
(1)用多用电表粗测电阻丝的阻值,当用“×10”倍率测量时,发现指针偏转角度过小,为了更准确地测量该电阻丝的阻值,将多用电表的欧姆挡位换到 (填“×1”或“×100”)倍率进行再次测量,并重新进行 (填“机械调零”或“欧姆调零”),若测量时指针位置如图甲所示,则示数为 Ω。
(2)测量电阻丝阻值时,某同学设计的电路图如图乙所示。为采集到多组数据,应尽可能让电表同时接近满偏状态。所以图乙中,A1处应选择 (填“G1”或“G2”)与电阻箱串联,改装成量程为36 V的电压表。
(3)调节滑动变阻器的滑片到合适位置,测得电流表G1的示数为I1,电流表G2的示数为I2,则电阻丝的阻值Rx= 。
7.(8分)某同学利用实验室现有器材,设计了一个测量电阻阻值的实验。实验器材:
干电池E(电动势1.5 V,内阻未知);
电流表A1(量程10 mA,内阻为90 Ω);
电流表A2(量程30 mA,内阻为30 Ω);
定值电阻R0(阻值为150 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω);
待测电阻Rx;
开关S,导线若干。
测量电路如图所示。
(1)断开开关,连接电路,将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端。将定值电阻R0接入电路;闭合开关,调节滑片位置,使电流表指针指在满刻度的处。该同学选用的电流表为 (填“A1”或“A2”);若不考虑电池内阻,此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为 Ω。
(2)断开开关,保持滑片的位置不变。用Rx替换R0,闭合开关后,电流表指针指在满刻度的处,则Rx的测量值为 Ω。
(3)本实验中未考虑电池内阻,对Rx的测量值 (填“有”或“无”)影响。
8.(10分)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0~5 mA范围内的伏安特性。可用器材有:电压表V(量程为3 V,内阻很大),电流表A(量程为1 mA,内阻为300 Ω),电源E(电动势约为4 V,内阻不计),滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ),定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω),开关S,导线若干。
(1)要求通过Rx的电流可在0~5 mA范围内连续可调,将图(a)所示的器材符号连线,画出实验电路的原理图。
(2)实验时,图(a)中的R应选最大阻值为 (填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器,R0应选阻值为 (填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻。
(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中,电压表、电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示,则此时Rx两端的电压为 V,流过Rx的电流为 mA,此组数据得到的Rx的阻值为 Ω(保留3位有效数字)。
9.(9分)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图(b)所示,对应的读数是 Ω。
(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为 (用R1、R2、R3表示)。
(3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,所测数据如下表所示:
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压U/mV 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图(c)上描点,绘制U-m关系图线。
(4)完成前面三步的实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0,电压传感器示数为200 mV,则F0大小是 N(重力加速度取9.8 m/s2,保留2位有效数字)。
(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200 mV,则F1 F0(填“>”“=”或“<”)。
答案全解全析
1.答案 (1)35.0(2分) 小于(2分) (2)44(3分) (3)R(3分)
解析 (1)根据欧姆定律可得R0== Ω=35.0 Ω,由于电压表存在分流作用,所以流过R0的电流小于电流表的示数,所以R0的测量值小于真实值。(2)根据题意可知,两次操作电路中的电流相等,则外电路的总电阻相等,所以R0=R1-R2=102 Ω-58 Ω=44 Ω。(3)电流表G的示数为零,则有==,所以R0=R。
2.答案 (1)1.845(3分) (2)左端(4分) (4)10(4分)
解析 (1)金属丝的直径为d=1.5 mm+34.5×0.01 mm=1.845 mm。(2)滑动变阻器起分压作用,为保护电路和电压表,闭合开关前,滑动变阻器滑片置于左端。(4)由于电压表为理想电压表,根据题意可得U2=·(R0+Rx),整理得U2=U1·,结合图像得1+=,解得Rx=10 Ω。
3.答案 (1)×10(3分) (2)相等(3分) (3分) 偏大(3分)
解析 (1)实验前,先用多用电表粗测Rx的阻值,用“×100”挡时发现指针偏转角过大,说明电阻较小,应用更小挡位,故应换用“×10”挡位。(2)当电阻箱读数为R0时,灵敏电流计G的示数为零,此时A、B两点电势相等。因为两点间无电流,根据电桥原理可知R0R2=R1Rx,解得Rx=,根据表达式可知R1实际值偏大,待测电阻的测量值偏大。
方法技巧
电桥法准确测电阻
电桥法测电阻的电路图如图所示,a、b间接有表头,当其读数为零时,Uab=0,此时=,即R1R4=R2R3,故知道其中任意三个电阻的阻值,就可以求第四个电阻的阻值。
4.答案 (1)R1(1分) R2(1分) (2)图见解析(2分)
(3)①③②④(2分) (4)1 998.0(1分) 小于(1分)
(5)1.28(2分) (6)(2分)
解析 (1)根据半偏法的测量原理可知,RM与RμA相当,闭合S2之后,通过RN的电流应基本不变,就需要RN较大,对滑动变阻器滑动头左侧部分分得的电压影响甚微。故RM应选R1,RN应选R2。
(2)根据电路图连接实物图,如图所示。
(3)根据半偏法的测量原理可知,实验步骤为:将变阻器滑动头P移至最左端,将RN调至最大值;断开S2,闭合S1,调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏;闭合开关S2,调节RM,使微安表半偏,并读出RM阻值;断开S1、S2,拆除导线,整理好器材。故操作顺序合理排序是①③②④。
(4)调节RM后面板读数为1 998.0 Ω。闭合S2后,原电路可看成如图所示电路。闭合S2后,相当于RM由无穷大变成有限值,变小了,则流过RN的电流大于闭合S2前的电流,则流过RM的电流大于,故待测表头的内阻的测量值小于真实值。
(5)将该微安表改装成量程为2 V的电压表,则需要串联一个电阻R0,则有U=Ig(Rg+R0),待测电压U'=I'(Rg+R0),其中U=2 V,Ig=100 μA,I'=64 μA,联立解得U'=1.28 V。
(6)根据题意,O、P间电压不变,可得I(RμA+RN)=RN+·RμA,解得RμA=。
方法技巧
半偏法测电流表的电阻
(1)控制条件:如果满足RA R0,闭合开关S2前后通过R0的电流几乎不变。
(2)原理:在S2断开、S1闭合的情况下,调节滑动变阻器使电流表的指针指在满偏的位置上。然后,闭合开关S2,并且调节电阻箱R,使电流表的指针指在半偏的位置。电流表的电阻RA和R相等,读出R即可知道电流表的电阻。
5.答案 (1)图见解析(3分) (2)最右端(2分) R0(2分) (3)(3分) 18(4分)
解析 (1)完整的电路连线图如图所示。
(2)为了电路安全,防止电流过大,闭合开关前,将滑片置于最右端位置;由串联电路的电流相等,再结合欧姆定律可得=,整理可得待测电阻Rx=R0。(3)由Rx=R0,可得U1=U2,则U1-U2图像的斜率k=,由图丙可知k=,R0=16 Ω,解得Rx=18 Ω。
归纳总结
实物图连接三注意
6.答案 (1)×100(2分) 欧姆调零(2分) 900(2分)
(2)G1(4分) (3)(4分)
解析 (1)用多用电表粗测电阻丝的阻值时,指针偏转角度过小,说明电阻较大,应该换用较大倍率的挡位,即将多用电表的欧姆挡位换到×100倍率进行再次测量,并重新进行欧姆调零。则图甲的读数为9×100 Ω=900 Ω。(2)根据题意可知,让电表同时接近满偏状态,A1处电表改装后量程为36 V,由欧姆定律可知,流过Rx的电流约为I1==0.04 A=40 mA。若A2处选择G1,和R0并联后量程为20 mA,不能满足实验要求,则应A1处选择G1,A2处选择G2。
(3)由于R0与G2内阻相等,则流过R0的电流为I2,则流过Rx的电流为Ix=2I2-I1,Rx两端的电压为Ux=I1(Rg1+R1),由欧姆定律可得Rx==。
7.答案 (1)A1(2分) 60(2分) (2)100(2分) (3)无(2分)
解析 (1)若不考虑电池内阻,且在电池两端只接R0,则电路中的电流为I== A=10 mA,由题知,闭合开关,调节滑片位置,要使电流表指针指在满刻度的处,则该同学选用的电流表应为A1。不考虑电池内阻,根据闭合电路欧姆定律有E=(R+R0+RA1),解得R=60 Ω。(2)断开开关,保持滑片的位置不变,用Rx替换R0,闭合开关后,有E=(R+Rx+RA1),代入数据有Rx=100 Ω。(3)若考虑电池内阻,根据闭合电路欧姆定律有E=[(R+r)+R0+RA1],E=[(R+r)+Rx+RA1],可知联立计算出的Rx不受电池内阻r的影响。
8.答案 (1)图见解析(2分) (2)10 Ω(2分) 75 Ω(2分) (3)2.30(1分) 4.20(1分) 548(2分)
解析 (1)电流表内阻已知,电流表与R0并联扩大电流表量程,进而准确测量通过Rx的电流,电压表单独测量Rx两端的电压;滑动变阻器采用分压式接法,电表从0开始测量,满足题中通过Rx的电流从0~5 mA连续可调,电路图如图1所示。
(2)电路中R应选最大阻值为10 Ω的滑动变阻器,方便电路的调节,测量效率高,实验误差小;通过Rx的电流最大为5 mA,需要将电流表量程扩大为原来的5倍,根据并联分流的规律,示意图如图2所示。根据并联分流规律,可知=,解得R0=75 Ω。
(3)电压表每小格表示0.1 V,读数时向后估读一位,即U=2.30 V;电流表每小格表示0.02 mA,本位估读,即读数为0.84 mA,电流表量程扩大5倍,所以通过Rx的电流为I=4.20 mA;根据欧姆定律可知Rx== Ω≈548 Ω。
易错警示
本题容易出错的三点
(1)画错滑动变阻器分压式接法电路图;(2)电压表读数没有正确估读;(3)误将电流表示数当成流过Rx的电流。
9.答案 (1)1 000(1分) (2)(2分) (3)图见解析(2分) (4)1.7×10-2(2分) (5)>(2分)
思路点拨 第(4)问根据图线得到U-m的关系,由该关系求压力的大小,注意有效数字的保留。
解析 (1)欧姆表读数为10×100 Ω=1 000 Ω。(2)当电压传感器读数为零时,C、D两点电势相等,即UCB=UDB,即RF=R3,解得RF=。(3)绘出U-m图像如图所示。
(4)由图像可知,当电压传感器的读数为200 mV时,所放物体质量为1.75 g,则F0=mg=1.75×10-3×9.8 N≈1.7×10-2 N。(5)可将CD以外的电路等效为新的电源,电动势为E',内阻为r',C、D两点电压看作路端电压,因为换用非理想电压传感器时内阻不是无穷大,此时电压传感器读数U'=。当读数为U'=200 mV时,实际C、D间断路(接理想电压传感器)时的电压大于200 mV,则此时压力传感器上施加的压力F1>F0。
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高频微专题7 多种方法测电阻 电学实验综合
满分100分,限时75分钟
实验题(共9小题)
1.(10分)某物理课外实验小组为了测量某未知电阻R0的阻值,制定了三种测量方案。
(1)方案一:用伏安法测电阻
如图甲所示的实验电路,电压表的示数为2.80 V,电流表的示数为80.0 mA,则由此可得未知电阻R0的阻值为 Ω(结果保留3位有效数字),此测量值 (填“大于”或“小于”)真实值。
(2)方案二:用等效替代法测电阻
a.如图乙所示,将电阻箱R的阻值调到最大,闭合开关S1和S2,调节电阻箱R,使电流表示数为I0,电阻箱的示数R1=102 Ω;
b.断开开关S2,闭合开关S1,调节电阻箱R,使电流表示数仍为I0,电阻箱的示数R2=58 Ω;
c.则未知电阻R0的阻值为 Ω。
(3)方案三:用电桥法测电阻
如图丙所示的实验电路,AB为一段粗细均匀的直电阻丝。闭合开关S,调整触头D的位置,使按下触头D时,电流表G的示数为零。已知定值电阻R的阻值,用刻度尺测量出AD和BD的长度分别为l1、l2,则电阻R0= (用R、l1、l2表示)。
2.(11分)某实验小组设计实验来测定一段金属丝Rx的电阻,定值电阻的阻值R0=20 Ω,电压表为理想电压表,S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关,E为电源,R为滑动变阻器,电路图如图甲所示。
(1)用螺旋测微器测得金属丝的直径d= mm。
(2)闭合开关前,滑动变阻器滑片置于 (填“左端”“右端”或“中间”)。
(3)闭合开关S1,将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑片的位置,记下此时电压表的示数为U1。然后将开关S2掷于2端,记下此时电压表的示数为U2,重复以上步骤,测量多组U1、U2的值。
(4)根据测量数据作出U2-U1图像,如图丙所示,金属丝的电阻Rx= Ω。
3.(12分)某同学采用如图所示的电路测定未知电阻Rx,其中R1、R2为定值电阻,R3为电阻箱,G为灵敏电流计,实验步骤如下:
(1)实验前,先用多用电表粗测Rx的阻值,用“×100”挡时发现指针偏转角过大,他应换用 (选填“×10”或“×1 k”)挡。
(2)闭合开关,调整电阻箱的阻值,当电阻箱读数为R0时,灵敏电流计G的示数为零,此时A、B两点电势 (填“相等”或“不相等”),测得Rx= (用R1、R2、R0表示);如果电阻R1阻值有误差,实际值偏大,则待测电阻测量值 (填“偏大”“偏小”或“相等”)。
4.(12分)用如图甲所示的电路测量一个量程为100 μA,内阻约为2 000 Ω的微安表头的内阻,所用电源的电动势约为12 V,有两个电阻箱可选,R1(0~9 999.9 Ω),R2(0~99 999.9 Ω)。
(1)RM应选 ,RN应选 。
(2)根据电路图,请把实物连线补充完整。
(3)下列操作顺序合理排列是 。
①将变阻器滑动头P移至最左端,将RN调至最大值;
②闭合开关S2,调节RM,使微安表半偏,并读出RM阻值;
③断开S2,闭合S1,调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏;
④断开S1、S2,拆除导线,整理好器材。
(4)图丙是RM调节后面板,则待测表头的内阻为 ,该测量值 (填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
(5)将该微安表改装成量程为2 V的电压表后,某次测量指针指在图丁所示位置,则待测电压为 V(保留3位有效数字)。
(6)某次半偏法测量表头内阻的实验中,S2断开,电表满偏时读出RN值,在滑动头P不变,S2闭合后调节电阻箱RM,使电表半偏时读出RM,若认为O、P间电压不变,则微安表内阻为 (用RM、RN表示)。
5.(14分)某实验小组用图甲所示的电路来测量阻值约为20 Ω的电阻Rx的阻值,图中R0为标准电阻,阻值为R0=16 Ω;V1、V2为理想电压表,S为开关,R为滑动变阻器,E为电源。回答下列问题:
(1)按照图甲所示的实验原理图在图乙中完成实物连接。
(2)实验开始之前,将滑动变阻器的滑片置于位置 (填“最左端”“最右端”或“中间”)。合上开关S,改变滑片的位置,记下两电压表的示数分别为U1、U2,则待测电阻Rx= (用U1、U2、R0表示)。
(3)为了减小偶然误差,改变滑片的位置,多测几组U1、U2的值,作出的U1-U2图像如图丙所示,图像的斜率为k= (用R0、Rx表示),可得Rx= Ω。
6.(14分)某实验小组为了测量某种材料制成的电阻丝的电阻,实验室提供的器材有:
A.电流表G1(内阻Rg1=100 Ω,满偏电流Ig1=10 mA)
B.电流表G2(内阻Rg2=100 Ω,满偏电流Ig2=25 mA)
C.定值电阻R0(100 Ω,1 A)
D.电阻箱R1(0~9 999 Ω,1 A)
E.滑动变阻器R2(100 Ω,1 A)
F.电源E(电动势为36 V,内阻不计)
G.多用电表
H.开关S和导线若干
某同学进行了以下操作:
(1)用多用电表粗测电阻丝的阻值,当用“×10”倍率测量时,发现指针偏转角度过小,为了更准确地测量该电阻丝的阻值,将多用电表的欧姆挡位换到 (填“×1”或“×100”)倍率进行再次测量,并重新进行 (填“机械调零”或“欧姆调零”),若测量时指针位置如图甲所示,则示数为 Ω。
(2)测量电阻丝阻值时,某同学设计的电路图如图乙所示。为采集到多组数据,应尽可能让电表同时接近满偏状态。所以图乙中,A1处应选择 (填“G1”或“G2”)与电阻箱串联,改装成量程为36 V的电压表。
(3)调节滑动变阻器的滑片到合适位置,测得电流表G1的示数为I1,电流表G2的示数为I2,则电阻丝的阻值Rx= 。
7.(8分)某同学利用实验室现有器材,设计了一个测量电阻阻值的实验。实验器材:
干电池E(电动势1.5 V,内阻未知);
电流表A1(量程10 mA,内阻为90 Ω);
电流表A2(量程30 mA,内阻为30 Ω);
定值电阻R0(阻值为150 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω);
待测电阻Rx;
开关S,导线若干。
测量电路如图所示。
(1)断开开关,连接电路,将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端。将定值电阻R0接入电路;闭合开关,调节滑片位置,使电流表指针指在满刻度的处。该同学选用的电流表为 (填“A1”或“A2”);若不考虑电池内阻,此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为 Ω。
(2)断开开关,保持滑片的位置不变。用Rx替换R0,闭合开关后,电流表指针指在满刻度的处,则Rx的测量值为 Ω。
(3)本实验中未考虑电池内阻,对Rx的测量值 (填“有”或“无”)影响。
8.(10分)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0~5 mA范围内的伏安特性。可用器材有:电压表V(量程为3 V,内阻很大),电流表A(量程为1 mA,内阻为300 Ω),电源E(电动势约为4 V,内阻不计),滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ),定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω),开关S,导线若干。
(1)要求通过Rx的电流可在0~5 mA范围内连续可调,将图(a)所示的器材符号连线,画出实验电路的原理图。
(2)实验时,图(a)中的R应选最大阻值为 (填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器,R0应选阻值为 (填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻。
(3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线。若在某次测量中,电压表、电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示,则此时Rx两端的电压为 V,流过Rx的电流为 mA,此组数据得到的Rx的阻值为 Ω(保留3位有效数字)。
9.(9分)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图(b)所示,对应的读数是 Ω。
(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为 (用R1、R2、R3表示)。
(3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,所测数据如下表所示:
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压U/mV 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图(c)上描点,绘制U-m关系图线。
(4)完成前面三步的实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0,电压传感器示数为200 mV,则F0大小是 N(重力加速度取9.8 m/s2,保留2位有效数字)。
(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200 mV,则F1 F0(填“>”“=”或“<”)。
答案全解全析
1.答案 (1)35.0(2分) 小于(2分) (2)44(3分) (3)R(3分)
解析 (1)根据欧姆定律可得R0== Ω=35.0 Ω,由于电压表存在分流作用,所以流过R0的电流小于电流表的示数,所以R0的测量值小于真实值。(2)根据题意可知,两次操作电路中的电流相等,则外电路的总电阻相等,所以R0=R1-R2=102 Ω-58 Ω=44 Ω。(3)电流表G的示数为零,则有==,所以R0=R。
2.答案 (1)1.845(3分) (2)左端(4分) (4)10(4分)
解析 (1)金属丝的直径为d=1.5 mm+34.5×0.01 mm=1.845 mm。(2)滑动变阻器起分压作用,为保护电路和电压表,闭合开关前,滑动变阻器滑片置于左端。(4)由于电压表为理想电压表,根据题意可得U2=·(R0+Rx),整理得U2=U1·,结合图像得1+=,解得Rx=10 Ω。
3.答案 (1)×10(3分) (2)相等(3分) (3分) 偏大(3分)
解析 (1)实验前,先用多用电表粗测Rx的阻值,用“×100”挡时发现指针偏转角过大,说明电阻较小,应用更小挡位,故应换用“×10”挡位。(2)当电阻箱读数为R0时,灵敏电流计G的示数为零,此时A、B两点电势相等。因为两点间无电流,根据电桥原理可知R0R2=R1Rx,解得Rx=,根据表达式可知R1实际值偏大,待测电阻的测量值偏大。
方法技巧
电桥法准确测电阻
电桥法测电阻的电路图如图所示,a、b间接有表头,当其读数为零时,Uab=0,此时=,即R1R4=R2R3,故知道其中任意三个电阻的阻值,就可以求第四个电阻的阻值。
4.答案 (1)R1(1分) R2(1分) (2)图见解析(2分)
(3)①③②④(2分) (4)1 998.0(1分) 小于(1分)
(5)1.28(2分) (6)(2分)
解析 (1)根据半偏法的测量原理可知,RM与RμA相当,闭合S2之后,通过RN的电流应基本不变,就需要RN较大,对滑动变阻器滑动头左侧部分分得的电压影响甚微。故RM应选R1,RN应选R2。
(2)根据电路图连接实物图,如图所示。
(3)根据半偏法的测量原理可知,实验步骤为:将变阻器滑动头P移至最左端,将RN调至最大值;断开S2,闭合S1,调节滑动头P至某位置再调节RN使表头满偏;闭合开关S2,调节RM,使微安表半偏,并读出RM阻值;断开S1、S2,拆除导线,整理好器材。故操作顺序合理排序是①③②④。
(4)调节RM后面板读数为1 998.0 Ω。闭合S2后,原电路可看成如图所示电路。闭合S2后,相当于RM由无穷大变成有限值,变小了,则流过RN的电流大于闭合S2前的电流,则流过RM的电流大于,故待测表头的内阻的测量值小于真实值。
(5)将该微安表改装成量程为2 V的电压表,则需要串联一个电阻R0,则有U=Ig(Rg+R0),待测电压U'=I'(Rg+R0),其中U=2 V,Ig=100 μA,I'=64 μA,联立解得U'=1.28 V。
(6)根据题意,O、P间电压不变,可得I(RμA+RN)=RN+·RμA,解得RμA=。
方法技巧
半偏法测电流表的电阻
(1)控制条件:如果满足RA R0,闭合开关S2前后通过R0的电流几乎不变。
(2)原理:在S2断开、S1闭合的情况下,调节滑动变阻器使电流表的指针指在满偏的位置上。然后,闭合开关S2,并且调节电阻箱R,使电流表的指针指在半偏的位置。电流表的电阻RA和R相等,读出R即可知道电流表的电阻。
5.答案 (1)图见解析(3分) (2)最右端(2分) R0(2分) (3)(3分) 18(4分)
解析 (1)完整的电路连线图如图所示。
(2)为了电路安全,防止电流过大,闭合开关前,将滑片置于最右端位置;由串联电路的电流相等,再结合欧姆定律可得=,整理可得待测电阻Rx=R0。(3)由Rx=R0,可得U1=U2,则U1-U2图像的斜率k=,由图丙可知k=,R0=16 Ω,解得Rx=18 Ω。
归纳总结
实物图连接三注意
6.答案 (1)×100(2分) 欧姆调零(2分) 900(2分)
(2)G1(4分) (3)(4分)
解析 (1)用多用电表粗测电阻丝的阻值时,指针偏转角度过小,说明电阻较大,应该换用较大倍率的挡位,即将多用电表的欧姆挡位换到×100倍率进行再次测量,并重新进行欧姆调零。则图甲的读数为9×100 Ω=900 Ω。(2)根据题意可知,让电表同时接近满偏状态,A1处电表改装后量程为36 V,由欧姆定律可知,流过Rx的电流约为I1==0.04 A=40 mA。若A2处选择G1,和R0并联后量程为20 mA,不能满足实验要求,则应A1处选择G1,A2处选择G2。
(3)由于R0与G2内阻相等,则流过R0的电流为I2,则流过Rx的电流为Ix=2I2-I1,Rx两端的电压为Ux=I1(Rg1+R1),由欧姆定律可得Rx==。
7.答案 (1)A1(2分) 60(2分) (2)100(2分) (3)无(2分)
解析 (1)若不考虑电池内阻,且在电池两端只接R0,则电路中的电流为I== A=10 mA,由题知,闭合开关,调节滑片位置,要使电流表指针指在满刻度的处,则该同学选用的电流表应为A1。不考虑电池内阻,根据闭合电路欧姆定律有E=(R+R0+RA1),解得R=60 Ω。(2)断开开关,保持滑片的位置不变,用Rx替换R0,闭合开关后,有E=(R+Rx+RA1),代入数据有Rx=100 Ω。(3)若考虑电池内阻,根据闭合电路欧姆定律有E=[(R+r)+R0+RA1],E=[(R+r)+Rx+RA1],可知联立计算出的Rx不受电池内阻r的影响。
8.答案 (1)图见解析(2分) (2)10 Ω(2分) 75 Ω(2分) (3)2.30(1分) 4.20(1分) 548(2分)
解析 (1)电流表内阻已知,电流表与R0并联扩大电流表量程,进而准确测量通过Rx的电流,电压表单独测量Rx两端的电压;滑动变阻器采用分压式接法,电表从0开始测量,满足题中通过Rx的电流从0~5 mA连续可调,电路图如图1所示。
(2)电路中R应选最大阻值为10 Ω的滑动变阻器,方便电路的调节,测量效率高,实验误差小;通过Rx的电流最大为5 mA,需要将电流表量程扩大为原来的5倍,根据并联分流的规律,示意图如图2所示。根据并联分流规律,可知=,解得R0=75 Ω。
(3)电压表每小格表示0.1 V,读数时向后估读一位,即U=2.30 V;电流表每小格表示0.02 mA,本位估读,即读数为0.84 mA,电流表量程扩大5倍,所以通过Rx的电流为I=4.20 mA;根据欧姆定律可知Rx== Ω≈548 Ω。
易错警示
本题容易出错的三点
(1)画错滑动变阻器分压式接法电路图;(2)电压表读数没有正确估读;(3)误将电流表示数当成流过Rx的电流。
9.答案 (1)1 000(1分) (2)(2分) (3)图见解析(2分) (4)1.7×10-2(2分) (5)>(2分)
思路点拨 第(4)问根据图线得到U-m的关系,由该关系求压力的大小,注意有效数字的保留。
解析 (1)欧姆表读数为10×100 Ω=1 000 Ω。(2)当电压传感器读数为零时,C、D两点电势相等,即UCB=UDB,即RF=R3,解得RF=。(3)绘出U-m图像如图所示。
(4)由图像可知,当电压传感器的读数为200 mV时,所放物体质量为1.75 g,则F0=mg=1.75×10-3×9.8 N≈1.7×10-2 N。(5)可将CD以外的电路等效为新的电源,电动势为E',内阻为r',C、D两点电压看作路端电压,因为换用非理想电压传感器时内阻不是无穷大,此时电压传感器读数U'=。当读数为U'=200 mV时,实际C、D间断路(接理想电压传感器)时的电压大于200 mV,则此时压力传感器上施加的压力F1>F0。
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