第九章恒定电流
考点 1 电路的基本概念和规律
1.如图所示,a、b两段圆柱形金属导体连接在一起,两圆柱体的材料、长度均相同,a的横截面积小于b的横截面积,a圆柱体的电阻为R ,b圆柱体的电阻为 R 。在连接体两端加上恒定电压,a圆柱体两端的电压为 U ,单位时间通过导体横截面的电荷量为q ,导体中自由电荷定向移动的速率为v ;b圆柱体两端的电压为U ,单位时间通过导体横截面的电荷量为q ,导体中自由电荷定向移动的速率为v 。下列关系正确的是 ( )
A. R v C. q >q
2.有研究发现,某神经细胞传递信号时,离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流。若将该细胞膜视为 的电容器,在2ms内细胞膜两侧的电势差从-70 mV变为30 mV,则该过程中跨膜电流的平均值为( )
3.将横截面相同、材料不同的两段导体L 、L 无缝连接成一段导体,总长度为1.00m,接入图甲电路。闭合开关S,滑片P从M 端滑到 N端,理想电压表读数 U 随滑片 P的滑动距离x的变化关系如图乙,则导体L 、L 的电阻率之比约为 ( )
A.2:3 B.2:1 C.5:3 D.1:3
4.(多选)导体的伏安特性曲线表示导体的导电特性。如图是A、B两个导体的伏安特性曲线,其中图线A 的斜率为k,并且图线A与横轴成α角。关于这两个导体的伏安特性曲线,下列说法正确的是 ( )
A.两条图线的交点表示此状态下两导体的电阻相等
B.导体A 的电阻不随电压变化而变化,B的电阻随电压的增大而减小
C.导体 B 是非线性元件,曲线上某点切线的斜率表示相应状态的电阻的倒数
D.导体A 为线性元件,且
5.如图所示为一个加速度计的原理图。滑块可沿光滑杆移动,滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接;固定在滑块上的滑动片M下端与滑动变阻器 R 接触良好,且不计摩擦;两个电源的电动势 E 相同,内阻不计。两弹簧处于原长时,M位于 R 的中点,理想电压表的指针位于表盘中央。当P 端电势高于 Q端时,指针位于表盘右侧。将加速度计固定在水平运动的被测物体上,则下列说法正确的是( )
A.若M位于R的中点右侧,P端电势低于Q端
B.电压表的示数随物体加速度的增大而增大,但不成正比
C.若电压表指针位于表盘左侧,则物体速度方向向右
D.若电压表指针位于表盘左侧,则物体加速度方向向右
6.某节水喷灌系统如图所示,水以 的速度水平喷出,每秒喷出水的质量为2.0 kg。喷出的水是从井下抽取的,喷口离水面的高度保持H=3.75 m不变。水泵由电动机带动,电动机正常工作时,输入电压为220 V,输入电流为2.0A。不计电动机的摩擦损耗,电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率。已知水泵的抽水效率(水泵的输出功率与输入功率之比)为75%,忽略水在管道中运动的机械能损失,g取10m/s ,则 ( )
A.每秒水泵对水做功为75 J
B.每秒水泵对水做功为225 J
C.水泵输入功率为440 W
D.电动机线圈的电阻为10 Ω
7.(多选)黑箱外有编号为1、2、3、4的四个接线柱,接线柱1和2、2和3、3和4之间各接有一个电阻,在接线柱间还接有另外一个电阻 R 和一个直流电源。测得接线柱之间的电压 符合上述测量结果的可能接法是 ( )
A.电源接在1、4之间,R接在1、3之间
B.电源接在1、4之间,R接在2、4之间
C.电源接在1、3之间,R接在1、4之间
D.电源接在1、3之间,R接在2、4之间
8.虚接是常见的电路故障,如图所示,电热器A 与电热器B并联。电路中的C 处由于某种原因形成了虚接,造成了该处接触电阻在0~240 Ω之间不稳定变化,可等效为电阻 Rc,已知 M、N 两端电压 U=220 V,A 与B 的电阻 求:
(1)M、N间电阻R 的阻值变化范围;
(2)当 时,电热器B 消耗的功率(保留3位有效数字)。
9.(2022北京卷)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示,电路中的R 和R ,其中一个是定值电阻,另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U 时,控制开关自动开启低水位预警;当a、b 两端的电压小于U (U 、U 为定值)时,控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是 ( )
B. R 为压力传感器
C.若定值电阻的阻值越大,开启高水位预警时的水位越低
D.若定值电阻的阻值越大,开启低水位预警时的水位越高
考点 2 闭合电路欧姆定律
1.(多选)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,此时 ( )
A.车灯的电流变小
B.路端电压变小
C.电路的总电流变小
D.电源的总功率变大
2.如图所示,电路中灯泡均正常发光,阻值分别为 ,电源电动势E=12 V,内阻不计。四个灯泡中消耗功率最大的是 ( )
A. R B. R
C. R D. R
3.小明在一根细橡胶管中灌满食盐水,两端用粗铜丝塞住管口,形成一段封闭的盐水柱。他将此盐水柱接到电源两端,电源电动势和内阻恒定。握住盐水柱两端将它水平均匀拉伸到原长的1.2倍,若忽略温度对电阻率的影响,则此盐水柱 ( )
A.通过的电流增大
B.两端的电压增大
C.阻值增大为原来的1.2倍
D.电功率增大为原来的1.44倍
4. (2025重庆一中一模)“祝融号”火星车的动力主要来源于太阳能电池。现将火星车的动力供电电路简化为如图所示,其中太阳能电池电动势E=120 V,内阻r未知,电动机线圈电阻 电热丝定值电阻R=4Ω。当火星车正常行驶时,电动机两端电压 80 V,电热丝R 消耗的功率 P=64 W。则( )
A.火星车正常行驶时,通过电热丝的电流为1.25 A
B.太阳能电池的内阻为3Ω
C.火星车正常行驶时,电动机的效率为90%
D.若电动机的转子被卡住,电动机线圈上消耗的功率为400 W
5.如图所示电路,已知电源电动势为E,内阻不计,电容器电容为C,闭合开关K,待电路稳定后,电容器上的电荷量为
A. CE B. CE C. CE D. CE
6.(多选)某组同学在实验室利用如图甲所示的电路图连接好电路,并用于测定灯泡电阻 R 、电源的电动势E和内阻r。调节滑动变阻器的滑动触头 P 向某一方向移动时,一个同学记录了电流表A 和电压表 V 的测量数据,另一同学记录的是电流表A和电压表V 的测量数据。根据所得数据描绘了如图乙所示的两条 U-I图线。则有( )
A.图像中的曲线是电压表 V 的测量值所对应的图线
B.由图像可以得出电源电动势和内阻分别是E=4.5 V,r=1.0Ω
C.图像中两图线的交点表示在本电路中该电源的效率达到最大值
D.若将三个这样的灯泡并联后再接到该电源上,则每个灯泡的实际功率为5 W
7.(2025河北正定中学一模)利用图甲的电路测试某一电动机和电源。通过移动滑动变阻器滑片位置得到多组电压和电流数据,并用电压和电流乘积计算出功率P,并作出如图乙的P-图像。已知 P 是最大功率,对应电流为I ,当电流大于I 时电动机才能转动,对应功率为P 。设电压表和电流表都为理想电表,电源电动势为E,内阻为r,电动机内阻为RM。下列说法正确的是 ( )
A.电源电动势为
B.电源内阻为
C.当电流为I 时,滑动变阻器接入电路的电阻
D.当电流为I 时,滑动变阻器接入电路的电阻
8. (2025 山东青岛一中质检★☆)如图所示电路中,电源内阻不能忽略不计,电流表、电压表均视为理想电表,滑动变阻器总阻值足够大;当滑动变阻器滑片从左端向右端滑动时,下列说法中正确的是 ( )
A.电流表A 示数增大
B.电压表V 示数增大、V 示数减小
C.电压表V 示数变化的绝对值与电流表示数变化的绝对值之比为R
D.滑动变阻器消耗的电功率先减小后增大
9.(2025 河南驻马店联考)(多选)在如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻不计,电容器的电容为C,R 和R 均为定值电阻,R 为滑动变阻器,滑片P位于 ab 的中点,开关S断开。已知 的最大阻值为2R,电表均为理想电表,下列说法正确的是 ( )
A.电路稳定后,电容器所带的电荷量为
B.闭合开关S,电路稳定后,电容器所带的电荷量为
C.开关S闭合后与闭合前相比,电压表和电流表的示数均增大
D.闭合开关S,电路稳定后,将R 的滑片向b端移动,电压表和电流表的示数均增大
10.(2024陕西汉中模拟)(多选)某同学设计的水量计原理如图(a)所示:电源(E=3 V,r=0.5 Ω)、电压表 V(量程为0~3 V,内阻约3kΩ)、定值电阻( 滑动变阻器R(用长为3m 、横截面积为( 且涂有绝缘漆的金属丝紧密缠绕在圆柱形瓷筒上,使用前刮掉与滑片 P 接触部分的绝缘漆),图(b)所示为备选金属丝及其参数。两根相同弹簧的形变始终在弹性限度内,容器中无水时,滑片P在上端a。下列分析正确的是 ()
三种材料在20℃时的电阻率
材料 ρ/(Ω·m)
铜
铝
镍铬合金 1.0×10
图(b)
A.金属丝可选铜丝
B. V表的示数范围约为0~2.5 V
C. V表的示数U与水的质量m成正比
D.若将 V 表刻度盘转换为水的质量刻度盘,则刻度是不均匀的
11.图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙),用这段金属丝做测温探头,把电流表的刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是 ( )
A. tA应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是线性关系
B. tA应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是非线性关系
C. tB应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是线性关系
D. tB应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是非线性关系
12.图是根据飞机升降时机翼受力的原理设计的装置,用于监测河水流速的变化。机翼状的探头始终浸没在水中,通过连杆带动滑动变阻器的滑片 P 上下移动,电源电动势为4.8V,内阻不计,理想电流表量程为0~0.6A,理想电压表量程为0~3 V,定值电阻 R 阻值为6Ω,滑动变阻器R 的规格为“20Ω 1 A”。闭合开关S,随着水流速度的改变,下列说法正确的是 ()
A.当水流速度增大时,电流表的示数变小
B.当水流速度增大时,电压表与电流表的示数之比变大
C.滑动变阻器允许接入电路的取值范围为2~15Ω
D.电阻 R 的电功率的变化范围为0.54~2.16 W
考点 3实验:测量电阻和电阻率
1.(2024湖南卷)某实验小组要探究一金属丝的阻值随气压变化的规律,搭建了如图(a)所示的装置。电阻测量原理如图(b)所示,E是电源, 为电压表, 为电流表。
(1)保持玻璃管内压强为1个标准大气压,电流表示数为100 mA,电压表量程为3 V,表盘如图(c)所示,示数为 V,此时金属丝阻值的测量值 R 为 Ω(保留3位有效数字);
(2)打开抽气泵,降低玻璃管内气压p,保持电流I不变,读出电压表示数U,计算出对应的金属丝阻值;
(3)根据测量数据绘制R-p关系图线,如图
(d)所示;
(4)如果玻璃管内气压是0.5个标准大气压,保持电流为100 mA,电压表指针应该在图(c)指针位置的 侧(填“左”或“右”);
(5)若电压表是非理想电压表,则金属丝电阻的测量值 真实值(填“大于”“小于”或“等于”)。
2.某实验小组的同学们为了测量一未知电阻R 的阻值,做了以下实验。
①同学们首先用多用电表欧姆“×1”挡位大致测出电阻R 的阻值大小,如图甲所示,则其读数为 Ω;
同学们继续使用学生电源(4V)组装图乙电路进行实验,其中电表可以从如下中进行选择:
A.电压表V (0~15 V)
B.电压表
C.电流表A (0~3 A)
D.电流表A (0~0.6 A)
②电压表应选择 ,电流表应选择 ;(填器材前字母序号)
③下列说法正确的是 。
A.电压表分流属于系统误差
B.闭合开关前滑动变阻器滑片应该调到b端
C.可以通过调节滑片使电压表示数为0
D.多次实验可以减小系统误差
3.某同学在实验室测定金属块的电阻率,电路如图1所示,除被测金属块(图2)外,还有如下实验器材可供选择:
A.直流电源:电动势约为3 V,内阻可忽略不计;
B.电流表A :量程0~100 mA,内阻1Ω;
C.电流表A :量程0~10 mA;内阻4Ω;
D.电压表V:量程0~3 V,内阻约3kΩ;
E.滑动变阻器R :0~10Ω;
F.滑动变阻器R :0~50Ω;
G.开关、导线等。
(1)用多用电表欧姆挡测金属块电阻,测得A、B端电阻 测C、D端电阻时如图3所示,则
(2)测C、D端电阻时滑动变阻器应选 。
(3)实物连线如图4,连错了的部分是 。
(4)连通电路时,滑动变阻器滑片应置于最 端(填“左”或“右”)。
(5)实验中测量A、B端电阻时选用电流表A ,测量C、D端电阻时选用电流表A ,经过一系列测量后得到ρAB和ρCD。
PAB PCD
1.02 1.06
小明认为由A、B端测得的电阻计算电阻率更准确,因为测A、B端电阻时所用电流表 A 的内阻小,你认为小明的说法是否正确,说明你的理由: 。
4.学生实验小组要测量量程为3 V 的电压表 的内阻 Rv。可选用的器材有:多用电表,电源E(电动势5 V),电压表(量程5 V,内阻约3 kΩ),定值电阻 R (阻值为800Ω),滑动变阻器R (最大阻值50Ω),滑动变阻器R (最大阻值5kΩ),开关S,导线若干。完成下列填空:
(1)利用多用电表粗测待测电压表的内阻,首先应 (把下列实验步骤前的字母按正确操作顺序排列);
A.将红、黑表笔短接
B.调节欧姆调零旋钮,使指针指向零欧姆
C.将多用电表选择开关置于欧姆挡“×10”位置再将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的 (填“正极、负极”或“负极、正极”)相连,欧姆表的指针位置如图(a)中虚线Ⅰ所示,为了减少测量误差,应将选择开关旋转到欧姆挡 (填“×1”“×100”或“×1 k”)位置,重新调节后,测量得到指针位置如图(a)中实线Ⅱ所示,则粗测得到的该电压表内阻为 kΩ(结果保留1位小数);
(2)为了提高测量精度,他们设计了如图(b)所示的电路,其中滑动变阻器应选 _______(填“R ”或“R ”),闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应置于 ______ (填“a”或“b”)端;
(3)闭合开关S,滑动变阻器滑片滑到某一位置时,电压表,待测电压表的示数分别为 ,则待测电压表内阻 (用 U和 表示);
(4)测量得到 则待测电压表内阻 (结果保留3位有效数字)。
5.(2024浙江6月选考)在测绘发光二极管在导通状态下的伏安特性曲线实验中,
(1)用多用电表欧姆挡判断发光二极管的正负极,选用×100挡时,变换表笔与二极管两极的连接方式,发现电表指针均不偏转,选用 挡(选填“×10”或“×1k”)重新测试,指针仍不偏转,更换二极管极性后,发现指针偏转,此时与多用电表红色表笔相连的是二极管 (选填“正极”或“负极”)。
(2)图(A)是已完成部分连线的实物图,为实现电压可从零开始调节,并完成实验,P应连接 接线柱(选填“a”、“b”、“c”或“d”),Q应连接 接线柱(选填“a”、“b”、“c”或“d”)。
某次选用多用电表量程为50 mA 挡测量,指针如图(B)所示,则电流I= mA。
根据测得数据,绘出伏安特性曲线如图(C)所示,则说明该二极管是 元件(选填“线性”或“非线性”),正常发光时电压在 V范围。
6某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下:
学生电源(输出电压0~16 V);
滑动变阻器(最大阻值10Ω,额定电流2 A);电压表V(量程3 V,内阻未知);
电流表A(量程3 A,内阻未知);
待测铅笔芯R(X型号、Y型号);
游标卡尺,螺旋测微器,开关S,单刀双掷开关K,导线若干。
回答以下问题:
(1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径,某次测量结果如图甲所示,该读数为 mm;
(2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路,闭合开关S后,将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置,将单刀双掷开关K 分别掷到1、2端,观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显,则测量铅笔芯电阻时应将 K 掷到 (填“1”或“2”)端;
(3)正确连接电路,得到 Y 型号铅笔芯I-U图像如图丙所示,求得电阻, (保留3位有效数字);采用同样方法得到X 型号铅笔芯的电阻为1.70Ω;
(4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68 mm、60.78 mm,使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等,则X型号铅笔芯的电阻率 (填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。
7.一同学探究阻值约为550Ω的待测电阻R 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 (量程为1mA,内阻为300Ω),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 R (阻值可选75Ω或150Ω),开关S,导线若干。
(1)要求通过R 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“10Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器,R 应选阻值为 (填“75 Ω”或“150Ω”)的定值电阻;
(3)测量多组数据可得 R 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R 两端的电压为 V,流过R 的电流为 mA,此组数据得到的 R 的阻值为 Ω(保留3位有效数字)。
8.(2025浙江1 月选考)某同学研究半导体热敏电阻R (其室温电阻为几百欧姆)的阻值随温度变化的规律,设计了如图所示电路。器材有:电源 E(4.5 V,0.5 Ω),电压表(3 V,50 kΩ),滑动变动器 R(A:“0~10 Ω”或 B:“0~100 Ω”),电阻箱 R (0~99 999.9 Ω),开关、导线若干。
(1)要使c、d两端电压 U 在实验过程中基本不变,滑动变阻器选 (选填“A”或“B”)。
(2)正确连线,实验操作如下:
①滑动变阻器滑片 P 移到最左端,电阻箱调至合适阻值,合上开关S 。
②开关S 切换到a,调节滑片P 使电压表示数为 ;再将开关S 切换到b,电阻箱调至 ,记录电压表示数 调温箱温度 则温度t 下. Ω(保留三位有效数字)。
③保持 R 、滑片P位置和开关S 状态不变,升高调温箱温度,记录调温箱温度和相应电压表示数,得到不同温度下R 的值。
(3)请根据题中给定的电路且滑片P位置保持不变,给出另一种测量电阻R 的简要方案。
9.用如图甲所示的电路测量一个量程为100 μA、内阻约为2000Ω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,R (0~9 999.9 Ω),R (0~99 999.9Ω)。
(1)RM应选 ,RN应选 ;
(2)根据电路图甲,请把实物图乙连线补充完整;
(3)下列操作顺序合理排列是: ;
①将滑动变阻器滑片 P 移至最左端,将RN调至最大值;
②闭合开关S ,调节 RM,使微安表半偏,并读出 RM的阻值;
③断开 S ,闭合S ,调节滑片P至某位置再调节RN使表头满偏;
④断开S 、S ,拆除导线,整理好器材
(4)如图丙是RM调节后的面板,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。
(6)某次半偏法测量表头内阻的实验中,S 断开,电表满偏时读出 RN的值,在滑片 P 不变的情况下,S 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)。
10.(2021 湖北卷)小明同学打算估测5个相同规格电阻的阻值。现有一个量程为0.6A 的电流表,一个电池组(电动势 E 不大于4.5V,内阻r未知),一个阻值为R 的定值电阻,一个阻值为R 的定值电阻(用作保护电阻),开关S和导线若干。他设计了如图(a)所示的电路,实验步骤如下:
第一步:把5个待测电阻分别单独接入A、B之间,发现电流表的示数基本一致,据此他认为5个电阻的阻值相等,均设为R。
第二步:取下待测电阻,在A、B之间接入定值电阻R ,记下电流表的示数I 。
第三步:取下定值电阻R ,将n个(n=1,2,3,4,5)待测电阻串联后接入A、B之间,记下串联待测电阻的个数n与电流表对应示数 In。请完成如下计算和判断:
(1)根据上述第二步, 与R 、R 、E、r的关系式是
(2)定义 则Y与n、R、R 、E 的关系是Y= 。
(3)已知 ,实验检测 得到数据如下表:
n 1 2 3 4 5
In/A 0.334 0.286 0.250 0.224 0.200
Y/A 2.500 1.998 1.495 1.030 0.495
根据上述数据作出Y-n图像,如图(b)所示,可得R= Ω(保留2位有效数字),同时可得E= V(保留2位有效数字)。
(4)本实验中电流表的内阻对表中 Y 的测量值 影响(选填“有”或“无”)。
11.(2024 福建卷)某实验小组探究不同电压下红光和蓝光发光元件的电阻变化规律,并设计一款彩光电路。所用器材有:红光和蓝光发光元件各一个、电流表(量程30 mA)、电压表(量程3 V)、滑动变阻器(最大阻值20 Ω,额定电流1 A)、5 号电池(电动势1.5 V)两节、开关、导线若干。
(1)图(a)为发光元件的电阻测量电路图,按图接好电路;
(2)滑动变阻器滑片先置于 (填“a”或“b”)端,再接通开关S,多次改变滑动变阻器滑片的位置,记录对应的电流表示数Ⅰ和电压表示数U;
(3)某次电流表示数为10.0 mA时,电压表示数如图(b)所示,示数为 V,此时发光元件的电阻为 Ω(结果保留3位有效数字);
(4)测得红光和蓝光发光元件的伏安特性曲线如图(c)中的Ⅰ和Ⅱ所示。从曲线可知,电流在1.0~18.0 mA 范围内,两个发光元件的电阻随电压变化的关系均是: ;
(5)根据所测伏安特性曲线,实验小组设计一款电路,可使红光和蓝光发光元件同时在10.0 mA 的电流下工作。在图(d)中补充两条导线完成电路设计。
12.一学生小组测量某金属丝(阻值约十几欧姆)的电阻率。现有实验器材:螺旋测微器、米尺、电源 E、电压表(内阻非常大)、定值电阻R (阻值10.0Ω)、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干。图(a)是学生设计的实验电路原理图。完成下列填空:
(1)实验时,先将滑动变阻器R 接入电路的电阻调至最大,闭合S。
接入电路的电阻,此时电压表读数记为U ,然后将K 与2端相连,此时电压表读数记为U 。由此得到流过待测金属丝的电流I= ,金属丝的电阻r= 。(结果均用R 、U 、U 表示)
(3)继续微调R,重复(2)的测量过程,得到多组测量数据,如下表所示:
U (mV) 0.57 0.71 0.85 1.14 1.43
U (mV) 0.97 1.21 1.45 1.94 2.43
(4)利用上述数据,得到金属丝的电阻r=14.2Ω。
(5)用米尺测得金属丝长度L=50.00 cm。用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径,某次测量的示数如图(b)所示,该读数为 d= mm。多次测量后,得到直径的平均值恰与d相等。
(6)由以上数据可得,待测金属丝所用材料的电阻率/(保留2位有效数字)
13.(2023 广东卷)某兴趣小组设计了测量盐水电导率的实验。所用器材有:电源 E(电动势恒定,内阻可忽略);毫安表 (量程15 mA,内阻可忽略);电阻R (阻值500Ω)、R (阻值500Ω)、R (阻值600Ω)和R (阻值200 Ω);开关S 和S ;装有耐腐蚀电极板和温度计的有机玻璃样品池;导线若干。请完成下列实验操作和计算。
(1)电路连接
图(a)为实验原理图。在图(b)的实物图中,已正确连接了部分电路,只有 R 一端的导线还未连接,该导线应接到 R 的 (填“左”或“右”)端接线柱。
(2)将K与1端相连,适当减小滑动变阻器R
(2)盐水电导率和温度的测量
①测量并记录样品池内壁的长宽高。在样品池中注满待测盐水。
②闭合开关S , 开关S ,毫安表的示数为10.0mA,记录此时毫安表的示数。计算得到流过样品池的电流I 为 mA。
③ 开关 S ,毫安表的示数为15.0mA,记录此时毫安表的示数。计算得到流过样品池的电流I 为 mA。
④断开开关S ,测量并记录盐水的温度。
(3)根据上述数据,计算得到样品池两电极板间待测盐水的电阻为 Ω,进而可求得该温度时待测盐水的电导率。
14.(2024江西卷)某小组欲设计一种电热水器防触电装置,其原理是:当电热管漏电时,利用自来水自身的电阻,可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此,需先测量水的电阻率,再进行合理设计。
(1)如图(a)所示,在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极,将自来水倒入其中,测得水的截面宽d=0.07 m和高h=0.03 m。
(2)现有实验器材:电流表(量程300 μA,内阻 、电压表(量程3 V 或15 V,内阻未知)、直流电源(3V)、滑动变阻器、开关和导线。请在图(a)中画线完成电路实物连接。
(3)连接好电路,测量26 ℃的水在不同长度l时的电阻值 R 。将水温升到65 ℃,重复测量。绘出26 ℃和65 ℃水的R -l图线,分别如图(b)中甲、乙所示。
(4)若R -l|图线的斜率为k,则水的电阻率表达式为ρ= (用k、d、h表示)。实验结果表明,温度 (填“高”或“低”)的水更容易导电。
(5)测出电阻率后,拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变,选用内直径为 的水管。若人体的安全电流为1.0×10 A,热水器出水温度最高为65℃,忽略其他电阻的影响(相当于热水器220 V 的工作电压直接加在水管两端),则该水管的长度至少应设计为 m。(保留两位有效数字)
考点 4 实验:测定电源的电动势和内阻
1.某兴趣小组利用铜片、锌片和橘子制作了水果电池,并用数字电压表(可视为理想电压表)和电阻箱测量水果电池的电动势 E 和内阻r,实验电路如图1所示。连接电路后,闭合开关S,多次调节电阻箱的阻值R,记录电压表的读数U,绘出 图像,如图2所示,可得:该电池的电动势E= V,内阻r= kΩ。(结果保留两位有效数字)
2.在“测量干电池的电动势和内阻”实验中
(1)部分连线如图1所示,导线a端应连接到 (选填“A”、“B”、“C”或“D”)接线柱上。正确连接后,某次测量中电压表指针位置如图2所示,其示数为 V。
(2)测得的7组数据已标在如图3所示 U-I坐标系上,用作图法求干电池的电动势 E= V和内阻r= Ω。(计算结果均保留两位小数)
3.实验小组测量某型号电池的电动势和内阻。用电流表、电压表、滑动变阻器、待测电池等器材组成如图1所示实验电路,由测得的实验数据绘制成的U-I图像如图2所示。
①图1的电路图为下图中的 。(选填“A”或“B”)
②如果实验中所用电表均视为理想电表,根据图2得到该电池的电动势E= V,内阻r= Ω。
③实验后进行反思,发现上述实验方案存在系统误差。若考虑到电表内阻的影响,对测得的实验数据进行修正,在图2中重新绘制U-I图线,与原图线比较,新绘制的图线与横坐标轴交点的数值将 ,与纵坐标轴交点的数值将 。(两空均选填“变大”“变小”或“不变”)
4.在测量某电源电动势和内阻时,因为电压表和电流表的影响,不论使用何种接法,都会产生系统误差,为了消除电表内阻造成的系统误差,某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知
(1)按照图甲所示的电路图,将图乙中的器材实物连线补充完整。
(2)实验操作步骤如下:
①将滑动变阻器滑到最左端位置;
②接法Ⅰ:单刀双掷开关S与1接通,闭合开关S ,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U -I 的值,断开开关S ;
③将滑动变阻器滑到最左端位置;
④接法Ⅱ:单刀双掷开关S与2接通,闭合开关S ,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据 的值,断开开关S ;
⑤分别作出两种情况所对应的U -I 和U -I 图像。
(3)单刀双掷开关接1时,某次读取电表数据时,电压表指针如图丙所示,此时 V。
(4)根据测得数据,作出 和 图像如图丁所示,根据图线求得电源电动势E= ,内阻r= 。(结果均保留两位小数)
(5)由图丁可知 (填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测得的电源内阻更接近真实值。
(6)综合考虑,若只能选择一种接法,应选择 (填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测量更合适。
5.精确测量干电池电动势和内阻需要考虑电表内阻的影响。可用器材有:电压表(量程1.5 V,内阻约为1.5 kΩ)、电流表(量程0.6A)、滑动变阻器、开关、干电池和导线若干。某小组开展了以下实验。
(1)考虑电流表内阻影响
①用图1 所示电路测量电流表的内阻。从图2电压表和电流表读数可得电流表内阻 Ω(保留2位有效数字)。
②用图3所示电路测量干电池电动势和内阻。电压表读数、电流表读数、干电池内阻和电流表内阻分别用 U、I、r和 RA表示,则干电池电动势E=U+ (用I、r和RA表示)。
③调节滑动变阻器测得多组电表读数,作出图4所示的U-I图像。则待测干电池电动势E= V(保留3位有效数字)、内阻r= Ω(保留1位小数)。
(2)考虑电压表内阻影响
该小组也尝试用图5所示电路测量电压表内阻,但发现实验无法完成。原因是 (单选,填正确答案标号)。
A.电路设计会损坏仪器
B.滑动变阻器接法错误
C.电压太大无法读数
D.电流太小无法读数
6.(2025 广东深圳二模)要测量一电源的电动势E(略小于3 V)和内阻r(约1Ω),现有下列器材:电压表 V(0~3 V),电阻箱 R(0~999.9Ω),定值电阻. ,开关和导线。某实验小组根据所给器材设计了如图甲所示的实验电路。
(1)实验小组同学计划用作图法处理数据,同学们多次调节电阻箱阻值 R,读出电压表对应的数据,建立坐标系并描点连线得出了如图乙所示的图像,图像纵坐标表示 图像的横坐标表示电压表读数的倒数 /U。若所得图像的斜率为k,图像的延长线在纵轴上的截距为-b,则该电源的电动势E= ,内阻r= 。(均用k和b表示)
(2)利用上述方法测出的测量值和真实值相比,E测 E真,r测 r真。(均填“大于”“等于”或“小于”)
(3)从实验中取两组数据,电阻箱阻值为2.0Ω时,对应电压表读数为2.40 V;电阻箱阻值为9.0Ω时,电压表读数为2.60 V。由这两组数据可求得电源的内阻r为 Ω,电动势E为 V。(结果均保留两位有效数字)
7.(2025 八省联考四川卷)某实验小组欲测量某化学电池的电动势,实验室提供器材如下:待测化学电池(电动势1~1.5V,内阻较小);微安表(量程0~100μA,内阻约1500Ω);滑动变阻器R (最大阻值25 Ω);
电阻箱R (0~9999Ω);
电阻箱
开关S、导线若干。
(1)该小组设计的实验方案首先需要扩大微安表的量程。在测量微安表内阻时,该小组连接实验器材,如图1所示,闭合S前,滑动变阻器的滑片 P 应置于 端(选填“a”或“b”);闭合S,滑动P 至某一位置后保持不动,调节电阻箱 R ,记录多组R 的阻值和对应微安表示数,微安表示数用国际单位制表示为I 后,绘制 图像,拟合直线,得出 可知微安表内阻为 Ω。
(2)为将微安表量程扩大为0~25 mA,把微安表与电阻箱 R 并联,并调整 R 的阻值为 Ω(保留1位小数)。
(3)微安表量程扩大后,按图2所示电路图连接实验器材。保持电阻箱 (选填“R ”或“R ”)的阻值不变,闭合S,调节电阻箱 (选填“R ”或“R ”)的阻值 R,记录多组R 和对应微安表示数,计算得出干路电流I 后,作 图像,如图3所示,可知化学电池的电动势为 V(保留2位小数)。
8.(2023湖北卷)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻,设计了如图(a)所示电路,所用器材如下:
电压表(量程0~3V,内阻很大);
电流表(量程0~0.6A);
电阻箱(阻值0~999.9Ω);
干电池一节、开关一个和导线若干。
(1)根据图(a),完成图(b)中的实物图连线。
(2)调节电阻箱到最大阻值,闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻,记录其阻值 R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U-I图像如图(c)所示,则干电池的电动势为 V(保留3位有效数字)、内阻为 Ω(保留2位有效数字)。
(3)该小组根据记录数据进一步探究,作出 R图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距,结合(2)问得到的电动势与内阻,还可以求出电流表内阻为 Ω(保留2位有效数字)。
(4)由于电压表内阻不是无穷大,本实验干电池内阻的测量值 (填“偏大”或“偏小”)。
9.一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势 E(约1.5V)和内阻r(小于2 Ω)。图中电压表量程为1 V,内阻 ;定值电阻. 电阻箱R,最大阻值为999.9Ω;S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空:
(1)为保护电压表,闭合开关前,电阻箱接入电路的电阻值可以选 Ω(填“5.0”或“15.0”);
(2)闭合开关,多次调节电阻箱,记录下阻值R和电压表的相应读数U;
(3)根据图(a)所示电路,用 R、R 、 Rv、E 和 r表示 /v,得
(4)利用测量数据,作 图线,如图(b)所示;
(5)通过图(b)可得 E= V(保留2位小数),r= Ω(保留1位小数);
(6)若将图(a)中的电压表当成理想电表,得到的电源电动势为 E',由此产生的误差为
10.(2024黑吉辽卷)某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有:电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为 R )、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。
(1)实验步骤如下:
①将电阻丝拉直固定,按照图(a)连接电路,金属夹置于电阻丝的 (填“A”或“B”)端;
②闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数 U,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;
③多次重复步骤②,根据记录的若干组 U、L的值,作出图(c)中图线Ⅰ;
④按照图(b)将定值电阻接入电路,多次重复步骤②,再根据记录的若干组 U、L的值,作出图(c)中图线Ⅱ。
(2)由图线得出纵轴截距为b,则待测电池的电动势E= 。
(3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的斜率分别为k 、k ,若 则待测电池的内阻r= (用n和R 表示)。
11.某实验小组需测定电池的电动势和内阻,器材有:一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为 R )、一个电流表(内阻为 RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于 R ,并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺,无法测量电阻丝长度,但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上,利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下:
(1)将器材如图(a)连接;
(2)开关闭合前,金属夹应夹在电阻丝的 端(填“a”或“b”);
(3)改变金属夹的位置,闭合开关,记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I,得到多组数据;
(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图,所得图像如图(b)所示,图线斜率为k,与纵轴截距为d,设单位角度对应电阻丝的阻值为r ,该电池电动势和内阻可表示为E= ,r= ;(用R 、RA、k、d、r 表示)
(5)为进一步确定结果,还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r 。利用现有器材设计实验,在图(c)方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示);
(6)利用测出的r ,可得该电池的电动势和内阻。
考点 5 实验:练习使用多用电表(含电表的改装)
1.用如图所示的多用电表测量电阻,要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量:
①旋动部件 ,使指针对准电流的“0”刻线。
②将K 旋转到电阻挡“×100”的位置。
③将插入“+”、“-”插孔的表笔短接,旋动部件 ,使指针对准电阻的 (填“0刻线”或“∞刻线”)。
④将两表笔分别与待测电阻相接,发现指针偏转角度过小。为了得到比较准确的测量结果,请从下列选项中挑出合理的步骤,并按 的顺序进行操作,再完成读数测量。
A.将K 旋转到电阻挡“×1k”的位置
B.将 K 旋转到电阻挡“×10”的位置
C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D.将两表笔短接,旋动合适部件,对电表进行校准
2.某实验小组使用多用电表和螺旋测微器测量一长度为80.00 cm电阻丝的电阻率,该电阻丝的电阻值约为100~200 Ω,材料未知。实验过程如下:
(1)用螺旋测微器测量该电阻丝的直径,示数如图(a)所示。该电阻丝的直径为 mm。
(2)对多用电表进行机械调零。
(3)将多用电表的选择开关旋至 倍率的电阻挡(填“×1”“×10”“×100”或“×1k”)。
(4)将黑、红表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在电阻挡零刻度线。
(5)将黑、红表笔并接在待测电阻丝两端,多用电表的示数如图(b)所示。该电阻丝的电阻值为 Ω。
(6)测量完成之后,将表笔从插孔拔出,并将选择开关旋到“OFF”位置。
(7)实验测得的该电阻丝电阻率为 Ω·m(结果保留3位有效数字)。
3.现要测量一个满偏电流I =50 μA的表头内阻并改装成量程为 1 mA 的电流表,如图所示。
(1)先闭合开关,再调整滑动变阻器,使电流表A 的示数为84 mA,电流表 G 的示数如图所示,则流过G 的电流是 。若 1.0Ω,则
(2)给G 并联一个 R 的电阻进行校准时,当电流表G的示数为 时,标准电流表A的示数为0.76 mA,则改装之后的电流表实际量程是 ;
(3)若要把它改装成量程为1mA 的电流表,还需要在 R 两边并联一个 的电阻。
4.如图为表头改装欧姆表的原理示意图。表头的满偏电流为I =300μA,内阻为 电源电动势 E=3 V,内阻为r=2.0Ω,R为滑动变阻器,最大阻值为10 kΩ。
(1)由上述条件可知,改装后该表盘的正中央所标记的待测电阻阻值应为 Ω,若该表盘正中央刻线标记数字为10,则按上述方式直接改装得到的应是该欧姆表的 挡(填“×1k”“×100”“×10”或或“×1”)。
(2)若通过改变欧姆表内部电源的电动势来更换挡位,则要得到“×10”挡,需将电源电动势调整至 V。
(3)此欧姆表使用一段时间后,电源内阻明显增大,电动势不变,但仍可进行欧姆调零。此时用欧姆表测电阻,将会导致测量值 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(4)如图所示,发光二极管是电子线路中常用的元件,一般作为指示灯使用。其“长脚”为正极,“短脚”为负极。当电流正向流经发光二极管时(从正极流入),其电阻较小,可以发光。现利用欧姆表测量发光二极管电阻,发现二极管可以发光,则可知红表笔连接二极管的 (填“长脚”或“短脚”)。
5.某实验小组要将电流表G(铭牌标示: 500 μA, Rg=800Ω)改装成量程为 1 V 和3 V的电压表,并用标准电压表对其进行校准。选用合适的电源、滑动变阻器、电阻箱、开关和标准电压表等实验器材,按图甲所示连接电路,其中虚线框内为改装电路。
(1)开关S 闭合前,滑片P应移动到 (填“M”或“N”)端。
(2)根据要求和已知信息,电阻箱 R 的阻值已调至1200 Ω,则R 的阻值应调至 Ω。
(3)当单刀双掷开关S 与a连接时,电流表G和标准电压表 V 的示数分别为I、U,则电流表G的内阻可表示为 。(结果用U、I、R 、R 表示)
(4)校准电表时,发现改装后电压表的读数始终比标准电压表的读数偏大,经排查发现电流表G内阻的真实值与铭牌标示值有偏差,则只要 即可。(填正确答案标号)
A.增大电阻箱R 的阻值
B.减小电阻箱 R 的阻值
C.将滑动变阻器的滑片 P 向 M 端滑动
(5)校准完成后,开关S 与b连接,电流表G的示数如图乙所示,此示数对应的改装电压表读数为 V。(保留2位有效数字)
6.某同学要将一小量程电流表(满偏电流为250 μA,内阻为1.2kΩ)改装成有两个量程的电流表,设计电路如图(a)所示,其中定值电阻
(1)当开关S接A端时,该电流表的量程为0~ mA;
(2)当开关S接B端时,该电流表的量程比接A端时 (填“大”或“小”);
(3)该同学选用量程合适的电压表(内阻未知)和此改装电表测量未知电阻R 的阻值,设计了图(b)中的两个电路,不考虑实验操作中的偶然误差,则利用 (填“甲”或“乙”)电路可修正由电表内阻引起的实验误差。
7.某同学将一量程为250 μA的微安表改装成量程为 1.5 V 的电压表。先将电阻箱 R 与该微安表串联进行改装,然后选用合适的电源E、滑动变阻器 R 、定值电阻R 、开关S 和标准电压表对改装后的电表进行检测,设计电路如图所示。
(1)微安表铭牌标示内阻为0.8kΩ,据此计算R 的阻值应为 kΩ。按照电路图连接电路,并将R 调为该阻值。
(2)开关闭合前,R 的滑片应移动到 端。
(3)开关闭合后,调节 R 的滑片位置,微安表有示数,但变化不显著,故障原因可能是 。(填选项前的字母)
A.1、2间断路 B.3、4间断路 C.3、5间短路
(4)排除故障后,调节 R 的滑片位置,当标准电压表的示数为0.60 V 时,微安表的示数为98μA,此时需要 (填“增大”或“减小”)R 的阻值,以使改装电表的量程达到预期值。
8.小梦同学自制了一个两挡位(“×1”“×10”)的欧姆表,其内部结构如图所示,R 为调零电阻(最大阻值为 R m),R,、R 、Rn为定值电阻( 电流计 的内阻为 用此欧姆表测量一待测电阻的阻值,回答下列问题:
(1)短接①②,将单刀双掷开关S与 m 接通,电流计 示数为 Im;保持电阻 R 滑片位置不变,将单刀双掷开关S与 n接通,电流计⑥示数变为 In,则 Im In(填“大于”或“小于”);
(2)将单刀双掷开关S与n接通,此时欧姆表的挡位为 (填“×1”或“×10”);
(3)若从“×1”挡位换成“×10”挡位,调整欧姆零点(欧姆零点在电流计 满偏刻度处)时,调零电阻 R 的滑片应该 调节(填“向上”或“向下”);
(4)在“×10”挡位调整欧姆零点后,在①②间接入阻值为100Ω的定值电阻R ,稳定后电流计⑥的指针偏转到满偏刻度的 ;取走 R ,在①②间接入待测电阻R ,稳定后电流计⑥的指针偏转到满偏刻度的 ,则/R = Ω。
9.某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲,设计电路如图1所示。选用的器材有:限温开关S (手动将其按下,开始持续加热煮饭,当锅内温度高于103℃时自动断开,之后不能自动闭合);保温开关S (当锅内温度高于80℃时自动断开,温度低于 70 ℃时自动闭合);电饭煲的框架(结构如图2所示)。自备元件有:加热电阻丝R(阻值为60Ω,用于加热煮饭);限流电阻R 和 R (阻值均为1kΩ);指示灯 L 和 L (2.5 V,0.6 W,当电流低于30 mA时可视为熄灭);保险丝T。
(1)按照兴趣小组设计的电路,下列说法正确的是 (多选)。
A.按下S ,L 和L 均发光
B.当锅内温度高于 103 ℃时,S 自动断开,L 和L 均发光
C.保温过程中,S 自动在闭合、断开状态之间交替切换
D.当锅内温度低于70 ℃时,S 自动闭合,L 发光,L 熄灭
(2)简易电饭煲制作完成后,试用时L 始终不亮,但加热和保温功能均正常。在不拆卸元件的前提下,断开电源,使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是 (填写各步骤前的字母)。
A.将选择开关旋转到“×100”位置
B.将两支表笔直接接触,调节“欧姆调零旋钮”,使指针指向欧姆零点
C.调整“指针定位螺丝”,使指针指到零刻度
D.测量指示灯L 两端的阻值
E.将选择开关置于 OFF位置或交流电压最高挡
操作时,将多用电表两表笔与L 两端接触,若指针如图3 所示,可判断是 断路损坏;若指针如图4 所示,可判断是 断路损坏。(用电路中的元件符号表示)
考点 6 实验:传感器相关实验
1.某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时,其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示,实验设定恒定电流为50.0μA,主要实验器材有:恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R 、电流表A、电压表 V。
(1)用加热器调节RT的温度后,为使电流表的示数仍为50.0μA,须调节 (选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时,电流表示数为50.0μA;连接电压表后,电流表示数显著增大,须将原电压表更换为内阻 (选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得 RT两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温度从35.0℃变化到40.0℃的过程中,RT的阻值随温度的平均变化率是 kΩ·℃ (保留2位有效数字)。
2.某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡,将两表笔 ,调节欧姆调零旋钮,使指针指向右边“0Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高,相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大,由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而 。
(2)再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前,将滑动变阻器 R 的滑片滑到 端(选填“a”或“b”)。
将温控室的温度设置为T,电阻箱R 调为某一阻值R 。闭合开关S,调节滑动变阻器R ,使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R 。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端,闭合开关S。反复调节 R 和 R ,使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R 。断开开关S。
②实验中记录的阻值 R R (选填“大于”“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值
(3)改变温控室的温度,测量不同温度时的热敏电阻阻值,可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
3.热敏电阻是传感器中经常使用的元件,某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有:
待测热敏电阻RT(实验温度范围内,阻值约几百欧到几千欧);
电源E(电动势1.5 V,内阻r约为0.5Ω);
电阻箱 R(阻值范围0~9 999.99Ω);
滑动变阻器R (最大阻值20Ω);
滑动变阻器 R (最大阻值2 000 Ω);
微安表(量程100 μA,内阻等于2500 Ω);
开关两个,温控装置一套,导线若干。
同学们设计了如图甲所示的测量电路,主要实验步骤如下:
①按图示连接电路;
②闭合S 、S ,调节滑动变阻器滑片 P 的位置,使微安表指针满偏;
③保持滑动变阻器滑片 P 位置不变,断开 S ,调节电阻箱,使微安表指针半偏;
④记录此时的温度和电阻箱的阻值。
回答下列问题:
(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值,滑动变阻器应选用 (填“R ”或“R ”)。
(2)请用笔画线代替导线,将实物图(不含温控装置)连接成完整电路。
(3)某温度下微安表半偏时,电阻箱的读数为6000.00 Ω,该温度下热敏电阻的测量值为 Ω(结果保留到个位),该测量值 (填“大于”或“小于”)真实值。
(4)多次实验后,学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知,该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐 (填“增大”或“减小”)。
4.弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系,实验过程如下:
(1)装置安装和电路连接
如图(a)所示,导电绳的一端固定,另一端作为拉伸端,两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图(b)所示的电路中。
(2)导电绳拉伸后的长度L 及其电阻R 的测量
①将导电绳拉伸后,用刻度尺测量并记录A、B间的距离,即为导电绳拉伸后的长度L。
②将滑动变阻器 R 的滑片滑到最右端。断开开关S ,闭合开关S ,调节R,使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I 。
③闭合S ,电压表的示数 (选填“变大”或“变小”)。调节 R 使电压表的示数仍为U,记录电流表的示数I ,则此时导电绳的电阻R = (用I 、I 和U表示)。
④断开 S ,增大导电绳拉伸量,测量并记录A、B间的距离,重复步骤②和③。
(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值 (选填“有”或“无”)影响。
(4)图(c)是根据部分实验数据描绘的R -L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上,当机械臂弯曲后,测得导电绳的电阻 R 为1.33 kΩ,则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为 cm,即为机械臂弯曲后的长度。
5.(2024贵州卷)某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律,探测温度控制室内的温度。选用的器材有:
热敏电阻RT;
电流表G(内阻 Rb为240Ω,满偏电流为I );
定值电阻R(阻值为48Ω);
电阻箱
电源E(电动势恒定,内阻不计);
单刀双掷开关S 、单刀单掷开关S ;导线若干。
请完成下列步骤:
(1)该小组设计了如图(a)所示的电路图。根据图(a),完成图(b)中的实物图连线。
(2)开关S 、S 断开,将电阻箱的阻值调到 (填“最大”或“最小”)。开关S 接1,调节电阻箱,当电阻箱读数为60.0Ω时,电流表示数为 Ig。再将S 改接2,电流表示数为I ,断开S 。得到此时热敏电阻 Rr的阻值为 Ω。
(3)该热敏电阻 RT阻值随温度t变化的 曲线如图(c)所示,结合(2)中的结果得到温度控制室内此时的温度约为 ℃。(结果取整数)
(4)开关S 接1,闭合S ,调节电阻箱,使电流表示数为 Ig。再将S 改接2,如果电流表示数为 则此时热敏电阻 (用k表示),根据图(c)即可得到此时温度控制室内的温度。
6.(2023湖南卷)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,R 、R 、R 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R 、R 、R ,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为 (用R 、R 、R 表示);
(3)依次将0.5g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 F ,电压传感器示数为200 mV,则F 大小是 N(重力加速度取9.8 m/s ,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 F ,此时非理想毫伏表读数为200 mV,则 F F (填“>”“=”或“<”)。
7.(2024广东卷)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统,制作光源跟踪演示装置。实现太阳能电池板方向的调整,使电池板正对光源。
图甲是光照方向检测电路。所用器材有:电源E(电动势3 V);电压表④和②(量程均有3 V和15 V,内阻均可视为无穷大);滑动变阻器R;两个相同的光敏电阻 Rc 和Rc ;开关S;手电筒;导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔板,隔板两侧装有光敏电阻,电池板固定在电动机转轴上,控制单元与检测电路的连接未画出,控制单元对光照方向检测电路无影响。
请完成下列实验操作和判断。
(1)电路连接
图乙中已正确连接了部分电路,请完成虚线框中滑动变阻器 R、电源E、开关S和电压表V间的实物图连线。
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试
①将图甲中 R 的滑片置于 端,用手电筒的光斜照射到 R 和R ,使R 表面的光照强度比R 表面的小。
②闭合S,将R 的滑片缓慢滑到某一位置。④的示数如图丙所示,读数U 为 V。 的示数U 为1.17 V。由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值 (填“较大”或“较小”)。
③断开S。
(3)光源跟踪测试
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到 Rc 和Rc 。
②闭合S,并启动控制单元,控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动。此时两电压表的示数 ,图乙中的电动机带动电池板 (填“逆时针”或“顺时针”)转动,直至 时停止转动,电池板正对手电筒发出的光。
8.(2024 全国甲)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下,通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压,建立电压与氧气含量之间的对应关系,这一过程称为定标。一同学用图(a)所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有:装在气室内的氧气传感器(工作电流1mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为 1%、5%、10%、15%、20%)。
完成下列实验步骤并填空:
(1)将图(a)中的实验器材间的连线补充完整,使其能对传感器定标;
(2)连接好实验器材,把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口;
(3)把滑动变阻器的滑片滑到 端(填“a”或“b”),闭合开关;
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置,使毫安表的示数为1mA,记录电压表的示数U;
(5)断开开关,更换气瓶,重复步骤(3)和(4);
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图(b)中;氧气含量为20%时电压表的示数如图(c),该示数为 V(结果保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体,将气瓶接到气体入口,调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1mA,此时电压表的示数为1.50 V,则此瓶气体的氧气含量为 %(结果保留整数)。
9.(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R (0~50kΩ)、发光二极管 LED、光敏电阻 R。、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“×10k”欧姆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 (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 L 、L 和 L 的另一端应分别连接滑动变阻器的 、 、 接线柱(以上三空选填接线柱标号“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 (填“增大”或“减小”)。
(3)组装光强报警器电路并测试其功能
图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后,三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后,在测试过程中发现,当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,为使报警器正常工作,应 (填“增大”或“减小”)可调电阻 R 的阻值,直至发光二极管发光。