高中物理电学实验习题

1图10-5例1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻Rx（约100Ω）;直流电流表（量程0~10mA、内阻50Ω）;直流电压表（量程0~3V、内阻5kΩ）;直流电源（输出电压4V、内阻不计）；滑动变阻器（0~15Ω、允许最大电流1A）；开关1个，导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.【审题】本题只需要判断测量电路、控制电路的接法，各仪器的量程和电阻都已经给出，只需计算两种接法哪种合适。【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于Rx＜vARR，故电流表应采用外接法.在控制电路中，若采用变阻器的限流接法，当滑动变阻器阻值调至最大，通过负载的电流最小，Imin=xARRRE=24mA＞10mA,此时电流仍超过电流表的量程，故滑动变阻器必须采用分压接法.如图10-5所示.【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全，这是电学实验的首要原则，限流接法虽然简洁方便，但必须要能够控制电路不超过电流的额定值，同时，能够保证可获取一定的电压、电流范围，该题中，即便控制电流最小值不超过电流表的量程，因滑动变阻器全阻值相对电路其它电阻过小，电流、电压变化范围太小，仍不能用限流接法。例2、在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值Rx，现有如下器材：读数不准的电流表A、定值电阻R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。⑴画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。⑵写出主要的实验操作步骤。【解本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表（或给定的电表不能满足要求时），可以用标析】⑴实验电路如右图所示。⑵①将S2与Rx相接，记下电流表指针所指位置。②将S2与R1相接，保持R2不变，调节R1的阻值，使电流表的指针指在原位置上，记下R1的值，则Rx＝R1。例3、用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900～1000Ω）：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1＝750Ω；电压表V2，量程为5V，内阻r2＝2500Ω；滑动变阻器R，最大阻值约为100Ω；单刀单掷开关K，导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图。2【解析】如图所示例4用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下：电流表A1（量程250mA,内阻r1为5Ω)；标准电流表A2（量程300mA,内阻r2约为5Ω）；待测电阻R1（阻值约为100Ω）；滑动变阻器R2（最大阻值10Ω）；电源E（电动势约为10V，内阻r约为1Ω）；单刀单掷开关S，导线若干。⑴要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号.⑵需要直接测量的物理量是_______,用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1＝________。【解析】⑴实验电路图如图所示。⑵两电流表A1、A2的读数为I1、I2和电流表A1的内阻为r1，待测电阻R1的阻值的计算公式是：11211rIIIR例5有一电阻Rx，其阻值在100～200Ω之间，额定功率为0.25W。要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：安培表A1，量程为50mA，RA1=100Ω安培表A2，量程为1A，RA2=20Ω电压表V1，量程为5V，RV1=10kΩ电压表V2，量程为15V，RV2=30kΩ变阻器R1，变阻范围0～20Ω，2A变阻器R2，变阻范围0～1000Ω，1A9V电源，电键，导线。⑴实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是：。⑵画出所用实验电路图。【解析】⑴允许通过电阻中电流可能的最大值由：RIP2得，mAImAI503521。因为电阻可能为200Ω，所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35mA，应用电流表的示数来控制通过电阻的电流，因此，电流表3应选A1。又因为RUP2,所以VUVU1.7521。因为电阻可能为100Ω，所以允许加在电阻两端的电压的最大值可能是5V，应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压，因此电压表应选V1。因为R1＜R2,且2A＞35mA,所以应选变阻器R1。因为R1＜Rx所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。因为xRVARR,所以应选用外接电路。⑵实验所用电路如图所示例6（2000年全国）从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。⑴在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。器材（代号）规格电流表（A1）量程10mA，内阻r1待测（约40Ω）电流表（A2）量程500μA，内阻r2=750Ω电压表（V）量程10V，内阻r3=10Ω电阻（R1）阻值约100Ω，作保护电阻用滑动变阻器（R）总阻值约50Ω电池（E）电动势1.5V，内阻很小导线若干，电键K⑵若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1=____________，式中各符号的意义是____________。【解析】⑴如图所示。⑵2121rIIr，I1表示通过电流表A1的电流，I2表示通过电流表A2的电流，r2表示电流表A2的内阻。【备考提示】在很多情况下，电压表和电流表（已知内阻）的功用可以互换。有时利用一块电表配合定值电阻也可以完成功能的互换。实际上就是部分电路欧姆定律的变形运用。在处理时，一定要明确原理，灵活运用。例7（2006年全国Ⅰ、Ⅲ）现要测量某一电压表的内阻。给定的器材有：待测电压表（量程2V，内阻约4kΩ）；电流表（量程1.2mA，内阻约500Ω）；直流电源E（电动势约2.4V，内阻不计）；固定电阻3个：R1=4000Ω，R2=10000Ω，R3=15000Ω；电键S及导线若干。要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。⑴试从3个固定电阻中选用1个，与其它器材一起组成测量电路，并在虚线框内画出测量电路的原理图。（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。）⑵电路接通后，若电压表读数为U，电流表读数为I，则电压表内阻RV=_________。【解析】⑴实验电路如图所示，若选用电阻R1，则并联电阻并R＝VVmAR1SEVmA42000Ω，电压表读数U＝mAREr并·R并＝50020004.2×2000＝1.92＞1V，电流表读数I＝mA＋rRE并＝50020004.2＝0.00096A＝0.96mA＞0.6mA，R1符合要求，同理可得R2、R3不符合要求，故选R1。⑵电路接通后，通过R1的电流I1＝1RU，则通过电压表的电流为I2＝I－I1＝I－1RU，所以电压表的内阻RV＝2IU＝11RURIU－【备考提示】本题涉及实验器材选取和电路设计等，对考生的分析综合能力提出了较高要求，解答此类试题必须根据测量要求和所提供的器材，由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手点。【变式题】例8（2006年全国Ⅱ）现要测定一个额定电压4V、额定功率1.6W的小灯泡（图中用○×表示）的伏安特性曲线。要求所测电压范围为0.1V～4V。现有器材：直流电源E（电动势4.5V，内阻不计），电压表（量程4.5V，内阻约为4×104Ω），电流表（（量程250mA，内阻约为2Ω），电流表（量程500mA，内阻约为1Ω），滑动变阻器R（最大阻值约为30Ω），电键S，导线若干。如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是，下面两个电路应该选用的是。【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时，由于题目要求电压范围为0.1V～4V，因此滑动变阻器采用分压式接法。根据估算通过小灯泡的额定电流为I=0.4A，因此电流表应该选用。在伏安法测量过程中，由于临界电阻200VARRR大于小灯泡电阻，因此应该选择电流表外接法即选择甲电路进行测量。例9、用右图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：（a）电流表（量程0.6A、3A）；（b）电压表（量程3V、15V）（c）定值电阻（阻值1、额定功率5W）VA2A1A25（d）定值电阻（阻值10，额定功率10W）（e）滑动变阻器（阴值范围0--10、额定电流2A）（f）滑动变阻器（阻值范围0-100、额定电流1A）那么（1）要正确完成实验，电压表的量程应选择V，电流表的量程应选择A；R0应选择的定值电阻，R应选择阻值范围是的滑动变阻器。（2）引起该实验系统误差的主要原因是。II．答案：（1）3，0.6，1，0～10。（2）由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小。解析：由于电源是一节干电池（1.5V），所选量程为3V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几Ω左右，加上保护电阻，最大电流在0.5A左右，所以选量程为0.6A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取0～10Ω能很好地控制电路中的电流和电压，若取0～100Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。关于系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测E真，r测r真。例10、某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室中有如下器材：A．待测干电池B．电流表G（0~3mA，内电阻r1=20Ω）C．电流表A（0~0.6A，内电阻r2=0.20）D．滑动变阻器甲（最大阻值10Ω）E．滑动变阻器乙（最大阻值100Ω）F．定值电阻R1=100ΩG．定值电阻R2=500ΩH．定值电阻R3=1.5kΩ开关、导线。由于没有电压表，为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。①为了方便并能较准确测量，滑动变阻器应选，定值电阻应选用。（填写定值电阻前的序号）②若某次测量中电流表G的示数为I1，电流表A的示数为I2；改变滑动变阻器的位置后，电流表G的示数为I1′，电流表A的示数为I2′。则可知此电源的内电阻测量值为r=，电动势测量值为E=。【解析】干电池的电动势和内阻的测量，一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表，故需要将电流表G改装为电压表，且改装后电压表的量程应该达到1.5V，则总电阻为1.55003VmA，故定值电阻应选用的序号为G的电阻，而滑动变阻器应选用阻值较小的D；②在两次测量过程中，通过电源的电流是两只电表的电流之和，则根据全电路欧姆定律有12112()()EIRrIIr，1212()()EIRrIIr解之，得11211212IIrRrIIII，2112211212IIIIERrIIII6【例1】某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件。图为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：器材（代号）规格电流表（A1）电流表（A2）电压表（V1）电压表（V2）滑动变阻器（R1）滑动变阻器（R2）直流电源（E）开关（S）导线若干量程0~50mA，内阻约为50量程0~200mA，内阻约为10量程0~3V，内阻约为10k量程0~15V，内阻约为25k阻值范围0~15，允许最大电流1A阻值范围0~1k，允许最大电流100mA输出电压6V，内阻不计①为提高实验结果的准确程度，电流表应选用；电压表应选用；滑动变阻器应选用。（以上均填器材代号）②为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号。③若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？相同点：，不同点：。解析：①图像中电流0～0.14A，电流表选A2；电源电压6V，但图像只要求电压在0～3V之间调整，为了测量准确电压表选V1；由于绘制图像的需要，要求电压从0～3V之间调整，所以滑动变阻器只能采用分压式接法，为了能很好调节电压，滑