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题型11电学实验的设计和探究(一)1．(2014·广东·34(1))某同学设计的可调电源电路如图1(a)所示，R0为保护电阻，P为滑动变阻器的滑片，闭合电键S.图1①用电压表测量A、B两端的电压：将电压表调零，选择0～3V挡，示数如图(b)，电压值为________V.②在接通外电路之前，为了保证外电路的安全，滑片P应先置于________端．③要使输出电压U变大，滑片P应向________端滑动．④若电源电路中不接入R0，则在使用过程中，存在______的风险(填“断路”或“短路”)．答案①1.30②A③B④断路解析①读数为1.30V；②接通电路前，应该使滑片置于A端，使用电器两端的电压为0，这样才能保证外电路安全；③要增大外电路电压，需要使滑片滑向B端；④如果电路中不接入保护电阻，可能造成电流过大，可调电源内电路出现断路现象，无法对外输出电压．2．某待测电阻Rx的阻值在80～100Ω之间，现要测量其阻值，实验室提供如下器材：A．电流表A1(量程30mA、内阻r1＝10.0Ω)B．电流表A2(量程60mA、内阻r2约为15Ω)C．电流表A3(量程0.6A，内阻r3约为0.2Ω)D．电压表(量程15V、内阻约为20kΩ)E．定值电阻R0＝90.0ΩF．滑动变阻器R，最大阻值约为10ΩG．电源E(电动势4V，内阻很小)H．开关S、导线若干(1)测量要求电表读数不得小于其量程的13，要完成此实验，在上述提供的器材中，应选用________(填写器材前的序号)．(2)请你在虚线框内画出测量电阻Rx的最佳实验电路图(图中元件用题干中相应的元件符号标注)．错误!(3)待测电阻Rx的表达式为Rx＝__________，式中各符号的物理意义为________________________________________________________________________．答案(1)ABEFGH(2)如图所示(3)I1r1＋R0I2－I1I1为电流表A1的读数，I2为电流表A2的读数，r1为电流表A1的内阻，R0为定值电阻3．(2014·天津·9(3))现要测量一个未知电阻Rx的阻值，除Rx外可用的器材有：多用电表(仅可使用欧姆挡)；一个电池组E(电动势6V)；一个滑动变阻器R(0～20Ω，额定电流1A)；两个相同的电流表G(内阻Rg＝1000Ω，满偏电流Ig＝100μA)；两个标准电阻(R1＝29000Ω，R2＝0.1Ω)；一个电键S、导线若干．①为了设计电路，先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻，采用“×10”挡，调零后测量该电阻，发现指针偏转非常大，最后几乎紧挨满偏刻度停下来，下列判断和做法正确的是________(填字母代号)．A．这个电阻阻值很小，估计只有几欧姆B．这个电阻阻值很大，估计有几千欧姆C．如需进一步测量可换“×1”挡，调零后测量D．如需进一步测量可换“×1k”挡，调零后测量②根据粗测的判断，设计一个测量电路，要求测量尽量准确并使电路能耗较小，画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁．答案①AC②见解析图解析①用欧姆表粗测该电阻时，发现指针偏角非常大，说明欧姆表的读数非常小，因此，这个电阻的阻值很小，A正确．为了使欧姆表读数误差小些，应换“×1”挡，调零后再测量，C正确，故选A、C.②要求测量电路的能耗较小，因此，应使用滑动变阻器的限流接法．可供选择的器材中无电压表，需用电流表G和R1串联改装成电压表．由于电流表G的量程太小，所以，需用R2和G并联改装成量程较大的电流表．由于未知电阻阻值较小，故电路采用“外接法”．综合考虑，电路图如图．4．测量一未知电阻的阻值．(1)某同学首先用多用电表粗测电阻的大小，将多用电表选择开关置于“×10Ω”挡，调零后，将红、黑表笔分别接电阻两端，发现指针读数如图2所示，则所测阻值为________Ω.图2(2)接着该同学计划用伏安法准确测量电阻的阻值，提供的实验器材有：8V直流电源；电压表(0～10V，内阻约20kΩ)；电流表(0～50mA，内阻约10Ω)；滑动变阻器(0～20Ω，1A)；开关和导线．请根据实验要求和提供的器材，参考下面未完全连接好的实物电路在下面虚线方框内画出实验电路图，并完成如图3所示实物电路未连接的导线．图3(3)在上述(2)的实验中，连接好电路后，闭合开关，发现电流表和电压表皆没有读数，该同学用多用电表检查电路故障．他的操作如下：选用多用电表的直流电压挡，将红、黑表笔分别接在：电源正、负极间；变阻器电阻丝的两端；电流表“－”接线柱和电压表“＋”接线柱之间，结果多用电表的指针均发生偏转，则可能是连接____________________之间的导线发生了断路．(4)实验中移动变阻器滑动头，记下多组电流表、电压表读数(U，I)，然后在坐标纸上作出U－I图线，图线的____________大小表示待测电阻阻值．在这个实验中，测量值____真实值．(填“＞”、“＝”或“＜”)答案(1)200(2)见解析图(3)电流表和电压表(4)斜率＜解析(1)由题图可知，所测电阻阻值为：20×10Ω＝200Ω.(2)由于滑动变阻器最大阻值为20Ω，远小于待测电阻阻值200Ω，如果滑动变阻器采用限流式接法，移动滑动变阻器滑片时，电路电流及待测电阻电压变化范围较小，不能进行多次测量，因此滑动变阻器应采用分压式接法；电压表内阻约20kΩ，电流表内阻约10Ω，待测电阻阻值约为200Ω，相对来说电压表内阻远大于待测电阻阻值，因此电流表应采用外接法，实验电路图如图所示．根据实验电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示．(3)闭合开关，发现电流表和电压表皆没有读数，说明电路存在断路；用电压表测：电源正负极间、变阻器电阻丝的两端、电流表“－”接线柱和电压表“＋”接线柱之间，结果多用电表的指针均发生偏转，说明各测试点之间不存在断路，因此电路断路位置为连接电流表和电压表之间的导线．(4)根据欧姆定律得：U＝IR，则U－I图线的斜率大小表示待测电阻阻值，因为电流表采用外接法，由于电压表分流，使电阻测量值小于真实值．5．(1)实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管，课外活动小组的同学设计了一个实验来测算螺线管使用的金属丝长度(金属丝材料已知)．他们选择了多用电表、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、螺旋测微器、导线和学生电源等．(1)使用多用电表粗测金属丝的电阻，操作过程分以下三个步骤：a．机械调零后，将红、黑表笔分别插入多用电表的“＋”、“－”插孔，选择“×1”的欧姆挡；b．________________________________________________________________________(填写b步骤的操作)；c．把红、黑表笔分别与螺线管金属丝的两端相接，多用电表的示数如图4所示，测得金属丝电阻为________Ω；图4(2)利用电路更准确测量金属丝Rx的电阻，为了减少实验误差，应选用图5中________(选填“甲”或“乙”)电路；图5图6(3)如图6所示，使用螺旋测微器测得金属丝的直径为________mm.由以上测得的实验数据及查表得到的金属丝电阻率值，可测算出金属丝的长度．答案(1)红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指0Ω4(2)乙(3)0.260解析(1)使用多用电表测电阻时，选挡后要先进行欧姆调零，具体操作是：红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指0Ω；欧姆表读数等于表盘示数乘以倍率：4×1Ω＝4Ω.(2)由多用电表知被测电阻阻值约为4Ω，被测电阻为小电阻，用电流表外接法．由题意要求在实验中获得较大的电压调节范围，故滑动变阻器采用分压式接法，故电路图应选乙．(3)螺旋测微器固定刻度读数为0mm，可动刻度读数为26.0×0.01mm＝0.260mm，故最终读数为：0mm＋0.260mm＝0.260mm.