高中物理教科版课时作业　电学实验及创新Word版含解析

　电学实验及创新

　(共8小题,1~4题每题12分,5~8题每题13分,共100分)
1.(考点1)(2017海南卷)某同学用伏安法测量待测电阻的阻值。现有器材为:
待测电阻R(阻值约为5 Ω)
电源(电动势3 V)
滑动变阻器(阻值范围0~10 Ω)
电流表(量程0.6 A,3 A)
电压表(量程3 V,15 V)
开关,导线若干。
实验要求在测量电路中将电流表外接,滑动变阻器起限流作用。回答下列问题:
(1)按照实验要求在图(a)中画出实物连线图。
/
(a)
(2)若已按实验要求接线,闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3 V,电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因:? 　。?
(3)在连线正确后,闭合开关。电压表和电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示。由图可知,电压表读数为　　　　　 V,电流表读数为　　　　　 A。由此可得待测电阻的阻值为　　　　　 Ω(结果保留3位有效数字)。?
/
解析(1)因为电源电动势为3 V,则电压表的量程选用3 V,根据欧姆定律知,电流的最大值大约为0.6 A,则电流表量程选择0.6 A,根据实物图进行连线。
/
(2)闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3 V,电流表的示数始终接近0,产生这种现象的原因是待测电阻R断路,由于电压表内阻非常大,导致电流表电流接近0,电压表电压测的是电源电压。
(3)由图可知,电压表的读数为2.20 V,电流表的读数为0.48 A,根据欧姆定律得,待测电阻R=
??
??
=
2.20
0.48
Ω≈4.58 Ω。
答案(1)如解析图所示　(2)待测电阻R断路　(3)2.20　0.48　4.58
2.(考点1)(2019吉林长春质检)(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中,正确操作获得金属丝直径以及电流表、电压表的读数如图所示,则金属丝的直径的读数是　　　　　,电流表的读数是　　　　　,电压表的读数是　　　　　。?
/
(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0~10 Ω,电流表内阻约几欧,电压表内阻约20 kΩ。电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用),电动势E=4.5 V,内阻很小。则下面电路图中　　　　　(填电路图下方的字母代号)电路为本次实验应当采用的最佳电路。但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏　　　　　(选填“大”或“小”)。?
/
(3)若已知实验所用的电流表内阻的准确值RA是已知的,那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是图中的　　　　　电路(填电路图下方的字母代号)。此时测得电流为I、电压为U,则金属丝电阻Rx=　　　　　(用题中字母代号表示)。?
解析(1)螺旋测微器先读固定部分为0.5 mm,可动部分可估读为38.1×0.01 mm=0.381 mm,故示数为:(0.5+0.381) mm=0.881 mm;电流表量程为0.6 A,则最小刻度为0.02 A,读数为0.42 A;电压表量程为3 V,最小刻度为0.1 V,则读数为2.25 V。
(2)因电源不能在大功率下长时间运行,则本实验应采用限流接法;同时电压表内电阻较大,由以上读数可知,待测金属丝的电阻约为5 Ω,故采用电流表外接法误差较小,故选A;在实验中电压表示数准确,但电流表测量的是干路电流,故电流表示数偏大,则由欧姆定律得出的结果偏小。
(3)因已知电流表内阻的准确值,则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻,故应选B电路;待测金属丝及电流表总电阻R=
??
??
,则待测金属丝电阻Rx=R-RA=
??
??
-RA。
答案(1)0.881 mm　0.42 A　2.25 V　(2)A　小　(3)B　
??
??
-RA
3.(考点2)(2019江西南昌调研)二极管是一种半导体元件,它的符号为/,其特点是具有单向导电性,即电流从正极流入时电阻比较小,而从负极流入时电阻比较大。
(1)某课外兴趣小组想要描绘某种晶体二极管的伏安特性曲线,因二极管外壳所印的标识模糊,为判断该二极管的正、负极,他们用多用电表电阻挡测二极管的正、反向电阻;其步骤是:将选择开关旋至合适倍率,进行欧姆调零,将黑表笔接触二极管的左端,红表笔接触右端时,指针偏角比较小;然后将红、黑表笔位置对调后再进行测量,指针偏角比较大,由此判断　　　　　(选填“左”或“右”)端为二极管的正极;?
(2)厂家提供的伏安特性曲线如图所示,为了验证厂家提供的数据,该小组对加反向电压时的伏安特性曲线进行了描绘,可选用的器材有:
/
A.直流电源E:电动势5 V,内阻忽略不计;
B.直流电源E:电动势50 V,内阻忽略不计;
C.滑动变阻器R:0~20 Ω;
D.电压表V1:量程45 V,内阻约500 kΩ;
E.电压表V2:量程3 V,内阻约20 kΩ;
F.电流表μA:量程300 μA,内阻约400 Ω;
G.电流表mA:量程50 mA,内阻约5 Ω;
H.待测二极管D;
I.单刀单掷开关S,导线若干。
①为了提高测量结果的准确度,选用的器材　　　　　(填字母序号)。?
②为了达到测量目的,请在虚线框内画出正确的实验电路原理图。
/
③为了保护二极管,反向电压不要达到40 V,请你对本实验的设计或操作提出一条合理的建议:?
　。?
解析(1)欧姆表内部有电源,电源正极接在负接线柱上,当红表笔接触右端时,说明红表笔接入电源的负极;此时指针偏角较小,说明电阻较大,故说明接入了反向电压,故二极管右端应为正极。
(2)①电源电压应选择50 V的电源,因为要测量反向电压,故电压表应选45 V量程进行测量;而由伏安特性曲线可知,电路中电流较小,故电流表应选量程300 μA的即可,故选BCDFHI。
②为了得出完整的图象,应采用分压式接法,同时因反向电阻较大,故可以采用电流表内接法,电路如图。
/
③a.在二极管支路串入一阻值合适的分压电阻起保护作用;b.闭合开关前滑动触头停在最左端,向右移动滑动触头时应缓慢进行,同时仔细观察电压表示数变化,以防止电压达到40 V。
答案(1)右　(2)①BCDFHI　②电路图见解析　③a.在二极管支路串入一阻值合适的分压电阻起保护作用;b.闭合开关前滑动触头停在最左端,向右移动滑动触头时应缓慢进行,同时仔细观察电压表示数变化,以防止电压达到40 V。(任选一条即可)
4.(考点2)(2019天津南开二模)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,需测量一个“2.5 V　0.3 A”的小灯泡两端的电压和通过它的电流。现有如下器材:
/
直流电源(电动势3.0 V,内阻不计)
电流表A1(量程3 A,内阻约0.1 Ω)
电流表A2(量程600 mA,内阻约5 Ω)
电压表V1(量程3 V,内阻约3 Ω)
电压表V2(量程15 V,内阻约15 kΩ)
滑动变阻器R1(阻值0~10 Ω,额定电流1 A)
滑动变阻器R2(阻值0~1 kΩ,额定电流300 mA)
(1)在该实验中,电流表应选择　　　　　,电压表应选择　　　　　,滑动变阻器应选择　　　　　。?
(2)为了减小实验误差,应选择以下哪个实验电路进行实验　　　　　。?
/
(3)下表是某同学在实验中测出的数据,该同学根据表格中的数据在方格纸上已画出除了第6组数据的对应点,请你在I-U图象上画出第6组数据的对应点,并作出该小灯泡的伏安特性曲线。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
I(A)
0
0.10
0.13
0.15
0.16
0.18
0.19
0.20
0.23
0.25
0.27
0.28
0.30
U(V)
0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.60
0.80
1.00
1.40
1.80
2.00
2.20
2.50
(4)实验中,如果把这个小灯泡和一个阻值为9 Ω的定值电阻串联在电动势为3 V、内阻为1 Ω的直流电源上。则小灯泡消耗的实际功率约为　　　　　 W。?
解析(1)由于该实验需要测量“2.5 V,0.3 A”的小灯泡的伏安特性曲线,故通过小灯泡的电流约为0.3 A,故需要用量程为600 mA的电流表A2即可;电压表选用量程为3 V的V1即可;该实验需要的电压要从0开始调起,故供电部分要用分压式电路,滑动变阻器选用阻值较小的R1即可;(2)由于小灯泡的电阻较小,故测量时采用电流表外接会减小误差,供电电路采用分压式连接,故采用C电路实验;(3)描出该点,并用平滑的曲线将各点连接起来即可;(4)小灯泡相当于与一个电动势为3 V,内阻为10 Ω的电源连接,我们可以在小灯泡的伏安特性曲线的图中再做出该电源的伏安特性直线,如图所示,则两个图线相交的位置就是电路中的电压和电流,即灯泡的两端电压为1.0 V,电流为0.20 A,故小灯泡消耗的实际功率约为0.20 W。
/
答案(1)A2　V1　R1　(2)C　(3)如解析图所示
(4)0.20±0.02
5.(考点3)(2017天津)某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1=1.0 kΩ,电阻R1=9.0 kΩ,为了方便读数和作图,给电池串联一个R0=3.0 Ω的电阻。
(1)按图甲所示电路进行连接后,发现aa'、bb'和cc'三条导线中,混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的,将开关S闭合,用多用电表的电压挡先测量a、b'间电压,读数不为零,再测量a、a'间电压,若读数不为零,则一定是　　　　导线断开;若读数为零,则一定是　　　　导线断开。?
/
甲
(2)排除故障后,该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器滑片位置,得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据,作出图象如乙图。由I1-I2图象得到电池的电动势E=　　　　 V,内阻r=　　　　 Ω。?
/
乙
解析(1)用多用电表的电压挡先测量a、b'间电压,读数不为零,可知a、b'间存在断路;若测量a、a'间电压,读数不为零,则aa'段存在断路,反之bb'段存在断路。
(2)根据题中电路图可得
E=I1(r1+R1)+(I1+I2)(r+R0)
整理后可得
I1=-
??+
??
0
??
1
+
??
1
+??+
??
0
I2+
??
??
1
+
??
1
+??+
??
0
结合题中I1-I2图象可得
0.05-0.15
260
=-
??+
??
0
??
1
+
??
1
+??+
??
0
??
??
1
+
??
1
+??+
??
0
=0.14×10-3 A
联立上式,代入数值解得E≈1.4 V,r≈0.5 Ω。
答案(1)aa'　bb'　(2)1.4(1.36~1.44均可)　0.5(0.4~0.6均可)
6.(考点3)(2019山西太原模拟)某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片、苹果制作了水果电池,他们想通过实验的方法测量这种电池的电动势E和内阻r。现有如下实验器材:多用电表一个;高阻值电阻箱R一个;保护电阻R0一只;导线、开关若干;
(1)如图甲,已知锌比铜活泼,所以锌片失电子作负极,铜片得电子作正极。为了估计此苹果电池的电动势,某同学直接使用多用电表直流电压挡测量,则应将红表笔与　　　　　(选填“铜”或“锌”)片连接。通过上网查看可知水果电池的内阻与水果的种类、两电极之间的距离及电极面积大小有关,一般在几百至几千欧姆之间。为了估测此苹果电池的内阻,　　　　　(选填“能”或“不能”)使用多用电表的欧姆挡进行初步测量。?
/
(2)由于缺少电流表与电压表,研究小组仍然使用多用电表进行实验,某同学连接如图乙的实验电路,将多用电表当电流表使用(不计其内阻)。调节电阻箱R可测得多组多用电表读数I,为了减少偶然误差,该同学作
1
??
-R图象进行数据处理。如果图象的斜率为k,截距为b,则由图象可得该苹果电池的电动势E=　　　　　,内阻r=　　　　　。(用k、b和R0表示)?
解析(1)电压表红表笔应接电源的正极,故电压表红表笔应接电源铜片;因多用电表通过测量电流得出电阻,而电源本身有电动势,故无法直接测量电源的内阻。
(2)由闭合电路欧姆定律可知:I=
??
??+??+
??
0
,
则
1
??
=
??
??
+
??
??
+
??
0
??
;
由公式及数学知识可得:图象中的k=
1
??
,b=
??
??
+
??
0
??
;解得:E=
1
??
,r=
??
??
-R0。
答案(1)铜　不能　(2)
1
??
　
??
??
-R0
7.(考点3、4)(2019山西二模)某多用电表内欧姆“×1”挡倍率的内部电路图如图甲的虚线框所示。一学习小组将电阻箱和电压表并联后接到多用电表两表笔A、B上,采用图甲的电路测量多用电表欧姆挡“×1”倍率正常工作时的内阻RΩ和其内部电池的电动势E(电压表的内阻很大,它在该电路中的分流作用可以忽略),实验操作步骤如下:
/
(1)先调整“指针定位螺丝”再将选择开关调至欧姆“×1”挡,红黑表笔短接调节“欧姆调零旋钮”使指针指在表盘　　　　　(选填“左”或“右”)侧零刻度处。?
(2)电阻箱和电压表并联后的两端分别接在表笔A和B上,正确的接法是:电压表的正接线柱要接在多用电表的表笔　　　　　(选填“A”或“B”)上。?
(3)改变电阻箱的阻值,分别读出多组电压表和电阻箱的示数U、R,并将对应的
1
??
和
1
??
的值计算出来并记录在表格中,再画出
1
??
?
1
??
图象如图乙所示,若图乙中图线的斜率为k1、与纵轴的截距为b1,则所测内部电池的电动势E=　　　　　,欧姆“×1”挡正常工作时的内阻RΩ=　　　　　。(用k1、b1表示)?
(4)一位同学提出了数据处理的另一种思路:先计算出
??
??
,然后画U-
??
??
图象如图丙所示。由图丙得到图线斜率为k2、与纵轴的截距为b2,则电池的电动势E=　　　　　,欧姆“×1”挡正常工作时的内阻R Ω=　　　　　。(用k2、b2表示)?
解析(1)先调整“指针定位螺丝”,再将选择开关转至欧姆“×1”挡处,红黑表笔短接调节“欧姆调零旋钮”使指针指在表盘右侧零刻度处。
(2)由图甲所示电路图可知,电压表的正接线柱要接在多用电表的表笔B上。
(3)由闭合电路欧姆定律可知:E=U+IRΩ=U+
??
??
RΩ
整理得:
1
??
=
??
Ω
??
1
??
+
1
??
,由图示
1
??
?
1
??
图象可知:b1=
1
??
,k1=
??
Ω
??
电源电动势为:E=
1
??
1
,欧姆表内阻为:RΩ=
??
1
??
1
;
(4)由欧姆定律可知:I=
??
??
,
??
??
为电路电流,U-
??
??
图象,即U-I图象,由U=E-Ir可知,图象与纵轴的交点表示电动势,图象斜率的绝对值表示内电阻。由图丙图线可知,电源电动势:E=b2,欧姆表内阻:RΩ=-k2。
答案(1)右　(2)B　(3)
1
??
1
　
??
1
??
1
　(4)b2　-k2
8.(考点4)(2019贵州遵义模拟)(1)用如图甲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:
/
甲
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　　　　　(选填“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“×1 k”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)如图乙所示,为多用电表的表盘,测电阻时,若用的是“×100”挡,这时指针所示被测电阻的阻值应为　　　　　 Ω;测直流电流时,用的是100 mA的量程,指针所示电流值为　　　　　 mA;测直流电压时,用的是50 V量程,则指针所示的电压值为　　　　　 V。?
/
乙
解析(1)机械调零应旋动S,使指针对准I=0处。欧姆调零应旋动T,使指针对准电阻的“0刻线”。指针偏转角度小,说明待测电阻大,所选倍率小,应改选更大的倍率,重新进行欧姆调零,所以应按ADC顺序操作。
(2)①欧姆表读数为刻度盘读数×倍率,所以该电阻阻值为17×100 Ω=1 700 Ω;②选用量程为50 mA的直流电流挡,读数选取中间刻度第二排,读数为23.5 mA,故100 mA 的量程时的读数为47 mA;选用量程为50 V的直流电压挡,读数选取中间刻度第二排,读数为23.5 V。
答案(1)①S　③T　0刻线　④ADC　(2)1 700　47　23.5