課時跟蹤檢測(三十三)　電學(xué)實驗綜合訓(xùn)練

課時跟蹤檢測(三十三)電學(xué)實驗綜合訓(xùn)練1．為測量金屬絲的電阻率ρ，某同學(xué)把一段粗細(xì)均勻的金屬絲拉直并固定在帶有毫米刻度尺的木板上。用多用電表粗測金屬絲的電阻Rx約為5Ω，實驗室有以下器材可選用：電流表A1(量程300mA，內(nèi)阻r1＝5Ω)；電流表A2(量程600mA，內(nèi)阻r2約為1Ω)；電壓表V(量程20V，內(nèi)阻r3約為3kΩ)；滑動變阻器R1(0～10Ω，額定電流為1A)；滑動變阻器R2(0～250Ω，額定電流為0.01A)；電源E(電動勢3V，內(nèi)阻較小)；導(dǎo)線、開關(guān)若干。(1)如圖甲，用螺旋測微器測量金屬絲直徑d＝____mm。(2)為準(zhǔn)確測出該金屬絲的電阻，要求多測幾組數(shù)據(jù)，請幫該同學(xué)在圖乙方框內(nèi)畫出測量該電阻R的電路原理圖(標(biāo)出所用儀器的代號)，寫出對應(yīng)的表達(dá)式Rx＝________，表達(dá)式中各物理量的含義：____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)如果用符號d表示測得金屬絲的直徑、L表示金屬絲的長度、Rx為金屬絲電阻值，則該金屬的電阻率ρ＝______(用d，L，Rx表示結(jié)果)。解析：(1)螺旋測微器的固定刻度為2mm，可動刻度為15.0×0.01mm＝0.150mm，故金屬絲直徑為2mm＋0.150mm＝2.150mm。(2)實驗中只是要求多測幾組數(shù)據(jù)，故滑動變阻器可以用分壓接法，也可以用限流接法；題中所給電壓表量程太大，故不選用；要測量R的阻值，可以通過把電流表A1作為電壓表使用，故實驗電路圖如圖所示：根據(jù)歐姆定律，有：Rx＝eq\f(I1r1,I2－I1)，其中I1為電流表A1的示數(shù)，I2為電流表A2的示數(shù)，r1為電流表A1的內(nèi)阻。(3)根據(jù)電阻定律，有：Rx＝ρeq\f(L,S)，而S＝eq\f(πd2,4)，整理得：ρ＝eq\f(πd2Rx,4L)。答案：(1)2.150(2)電路圖見解析eq\f(I1r1,I2－I1)I1為電流表A1的示數(shù)，I2為電流表A2的示數(shù)，r1為電流表A1的內(nèi)阻(3)eq\f(πd2Rx,4L)2．(2022·全國乙卷)一同學(xué)探究阻值約為550Ω的待測電阻Rx在0～5mA范圍內(nèi)的伏安特性。可用器材有：電壓表V(量程為3V，內(nèi)阻很大)，電流表A(量程為1mA，內(nèi)阻為300Ω)，電源E(電動勢約為4V，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R(最大阻值可選10Ω或1.5kΩ)，定值電阻R0(阻值可選75Ω或150Ω)，開關(guān)S，導(dǎo)線若干。(1)要求通過Rx的電流可在0～5mA范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，將圖(a)所示的器材符號連線，畫出實驗電路的原理圖；(2)實驗時，圖(a)中的R應(yīng)選最大阻值為________(填“10Ω”或“1.5kΩ”)的滑動變阻器，R0應(yīng)選阻值為________(填“75Ω”或“150Ω”)的定值電阻；(3)測量多組數(shù)據(jù)可得Rx的伏安特性曲線。若在某次測量中，電壓表、電流表的示數(shù)分別如圖(b)和圖(c)所示，則此時Rx兩端的電壓為________V，流過Rx的電流為________mA，此組數(shù)據(jù)得到的Rx的阻值為________Ω(保留3位有效數(shù)字)。解析：(1)電流表內(nèi)阻已知，電流表與R0并聯(lián)擴(kuò)大電流表量程，進(jìn)而準(zhǔn)確測量通過Rx的電流，電壓表單獨(dú)測量Rx的電壓；滑動變阻器采用分壓式接法，電表從0開始測量，滿足題中通過Rx的電流從0～5mA連續(xù)可調(diào)，電路圖如圖所示。(2)電路中R應(yīng)選最大阻值為10Ω的滑動變阻器，方便電路的調(diào)節(jié)，測量效率高、實驗誤差??；通過Rx的電流最大為5mA，需要將電流表量程擴(kuò)大為原來的5倍，根據(jù)并聯(lián)分流，即并聯(lián)電路中電流之比等于電阻的反比，可知eq\f(4mA,1mA)＝eq\f(300Ω,R0)，解得R0＝75Ω。(3)電壓表讀數(shù)為U＝2.30V；電流表讀數(shù)為0.84mA，電流表量程擴(kuò)大5倍，所以通過Rx的電流為I＝0.84mA×5＝4.20mA；根據(jù)歐姆定律可知Rx＝eq\f(U,I)＝eq\f(2.30,4.20×10－3)Ω≈548Ω。答案：(1)見解析圖(2)10Ω75Ω(3)2.304．205483．在如圖甲所示的電路中，4節(jié)干電池串聯(lián)，小燈泡A、B的規(guī)格為“3.8V,0.3A”。合上開關(guān)S后，無論怎樣移動滑片，A、B燈都不亮。(1)用多用電表的直流電壓擋檢查故障。①選擇開關(guān)置于下列量程的________擋較為合適(用字母序號表示)。A．2.5V B．10VC．50V D．250V②測得c、d間電壓約為5.8V，e、f間電壓為0，則故障是________。A．A燈絲斷開 B．B燈絲斷開C．d、e間連線斷開 D．B燈被短路(2)接著使用歐姆表的“×1”擋測電阻①測試前，一定要將電路中的開關(guān)S________。②測c、d間和e、f間電阻時，某次測量結(jié)果如圖乙所示，讀數(shù)為________Ω，此時測量的是________間電阻。根據(jù)小燈泡的規(guī)格計算出的電阻為________Ω。解析：(1)①由于4節(jié)干電池串聯(lián)后電動勢為6V，電壓表量程應(yīng)選10V，B正確。②燈泡不亮，說明電路斷路或短路，電壓表接c、d端時有示數(shù)且接近電源電動勢，說明有電流通過電壓表，c、d間以外其他部分電路接通，電壓表接e、f時無示數(shù)，說明c、d間燈泡斷路，A正確。(2)①使用歐姆表時一定要將被測電阻從電路中斷開。②歐姆表讀數(shù)應(yīng)該為6.0Ω。由于A燈泡斷路，電阻無窮大，而歐姆表示數(shù)為6.0Ω，說明測量的應(yīng)該是e、f間電阻。由R＝eq\f(U,I)可求得電阻為12.7Ω。答案：(1)①B②A(2)①斷開②6.0e、f12.74．(2022·湖北高考)某探究小組學(xué)習(xí)了多用電表的工作原理和使用方法后，為測量一種新型材料制成的圓柱形電阻的電阻率，進(jìn)行了如下實驗探究。(1)該小組用螺旋測微器測量該圓柱形電阻的直徑D，示數(shù)如圖甲所示，其讀數(shù)為________mm。再用游標(biāo)卡尺測得其長度L。(2)該小組用如圖乙所示的電路測量該圓柱形電阻Rx的阻值。圖中電流表量程為0.6A、內(nèi)阻為1.0Ω，定值電阻R0的阻值為20.0Ω，電阻箱R的最大阻值為999.9Ω。首先將S2置于位置1，閉合S1，多次改變電阻箱R的阻值，記下電流表的對應(yīng)讀數(shù)I，實驗數(shù)據(jù)見下表。R/ΩI/Aeq\f(1,I)/A－15.00.4142.4210.00.3522.8415.00.3083.2520.00.2723.6825.00.2444.1030.00.2224.50根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖丙中繪制出eq\f(1,I)-R圖像。再將S2置于位置2，此時電流表讀數(shù)為0.400A。根據(jù)圖丙中的圖像可得Rx＝________Ω(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。最后可由表達(dá)式ρ＝________(用D、L、Rx表示)得到該材料的電阻率。(3)該小組根據(jù)圖乙的電路和圖丙的eq\f(1,I)-R圖像，還可以求得電源電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(4)持續(xù)使用后，電源電動勢降低、內(nèi)阻變大。若該小組再次將此圓柱形電阻連入此裝置，測得電路的電流，仍根據(jù)原來描繪的圖丙的圖像得到該電阻的測量值會________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。解析：(1)用螺旋測微器測量該圓柱形電阻的直徑D，其讀數(shù)為3.5mm＋0.01mm×20.0＝3.700mm。(2)再將S2置于位置2，此時電流表讀數(shù)為0.400A，則由圖像可知對應(yīng)電阻箱電阻為6Ω，所以Rx＝6.0Ω根據(jù)Rx＝ρeq\f(L,S)＝ρeq\f(L,\f(1,4)πD2)解得ρ＝eq\f(πD2Rx,4L)。(3)由電路可知，當(dāng)將S2置于位置1，閉合S1時E＝I(RA＋R0＋r＋R)即eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(RA＋R0＋r,E)由圖像可知eq\f(1,E)＝eq\f(4.9－2.0,35)V－1，解得E≈12Veq\f(RA＋R0＋r,E)＝2.0A－1，解得r＝3.0Ω。(4)根據(jù)表達(dá)式E＝I'(r＋R0＋RA＋Rx)因電源電動勢降低，內(nèi)阻變大，則安培表讀數(shù)變小，由原圖像得到的Rx的值偏大，即Rx測量值偏大。答案：(1)3.700(2)6.0eq\f(πD2Rx,4L)(3)123.0(4)偏大5．已知一熱敏電阻當(dāng)溫度從10℃升至60℃時阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同學(xué)利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關(guān)系。所用器材：電源E、開關(guān)S、滑動變阻器R(最大阻值為20Ω)、電壓表(可視為理想電表)和毫安表(內(nèi)阻約為100Ω)。(1)在虛線框中所給的器材符號之間畫出連線，組成測量電路圖。(2)實驗時，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數(shù)，計算出相應(yīng)的熱敏電阻阻值。若某次測量中電壓表和毫安表的示數(shù)分別為5.5V和3.0mA，則此時熱敏電阻的阻值為________kΩ(保留2位有效數(shù)字)。實驗中得到的該熱敏電阻阻值R隨溫度t變化的曲線如圖(a)所示。(3)將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測得達(dá)到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2kΩ。由圖(a)求得，此時室溫為________℃(保留3位有效數(shù)字)。(4)利用實驗中的熱敏電阻可以制作溫控報警器，其電路的一部分如圖(b)所示。圖中，E為直流電源(電動勢為10V，內(nèi)阻可忽略)；當(dāng)圖中的輸出電壓達(dá)到或超過6.0V時，便觸發(fā)報警器(圖中未畫出)報警。若要求開始報警時環(huán)境溫度為50℃，則圖中______(填“R1”或“R2”)應(yīng)使用熱敏電阻，另一固定電阻的阻值應(yīng)為________kΩ(保留2位有效數(shù)字)。解析：(1)由于滑動變阻器的最大阻值比待測電阻的阻值小得多，因此滑動變阻器應(yīng)用分壓式接法，由于電壓表可視為理想電表，則電流表應(yīng)用外接法，電路圖如圖所示。(2)由歐姆定律得R＝eq\f(U,I)＝eq\f(5.5,3.0×10－3)Ω＝1.8×103Ω(或1.8kΩ)。(3)由題圖(a)可直接讀出熱敏電阻的阻值為2.2kΩ時，室溫為25.5℃。(4)由題意可知隨溫度的升高R2兩端的輸出電壓應(yīng)增大，又由串聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，R1的阻值應(yīng)減小或R2的阻值應(yīng)增大，而熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，因此R1應(yīng)為熱敏電阻；當(dāng)環(huán)境溫度為50℃時，熱敏電阻的阻值為0.8kΩ，則由串聯(lián)電路中電阻與電壓的關(guān)系可得eq\f(R1,R2)＝eq\f(10－6.0,6.0)，解得R2＝1.2kΩ。答案：(1)見解析圖(2)1.8(3)25.5(4)R11.26．(2022·湖南高考)小夢同學(xué)自制了一個兩擋位(“×1”“×10”)的歐姆表，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，R0為調(diào)零電阻(最大阻值為R0m)，Rs、Rm、Rn為定值電阻(Rs＋R0m<Rm<Rn)，電流計G的內(nèi)阻為RG(Rs?RG)。用此歐姆表測量一待測電阻的阻值，回答下列問題：(1)短接①②，將單刀雙擲開關(guān)S與m接通，電流計G示數(shù)為Im；保持電阻R0滑片位置不變，將單刀雙擲開關(guān)S與n接通，電流計G示數(shù)變?yōu)镮n，則Im________In(填“大于”或“小于”)；(2)將單刀雙擲開關(guān)S與n接通，此時歐姆表的擋位為________(填“×1”或“×10”)；(3)若從“×1”擋位換成“×10”擋位，調(diào)整歐姆零點(diǎn)(歐姆零點(diǎn)在電流計G滿偏刻度處)時，調(diào)零電阻R0的滑片應(yīng)該________調(diào)節(jié)(填“向上”或“向下”)；(4)在“×10”擋位調(diào)整歐姆零點(diǎn)后，在①②間接入阻值為100Ω定值電阻R1，穩(wěn)定后電流計G的指針偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的eq\f(2,3)；取走R1，在①②間接入待測電阻Rx，穩(wěn)定后電流計G的指針偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的eq\f(1,3)，則Rx＝________Ω。解析：(1)根據(jù)題意可知Rm<Rn，所以開關(guān)撥向m時電路的總電阻小于開關(guān)撥向n時電路的總電阻，電源電動勢E不變，根據(jù)I＝eq\f(E,R總)，可知Im>In；(2)當(dāng)開關(guān)撥向n時，全電路的總電阻較大，中值電阻較大，能夠接入待測電阻的阻值也更大，所以開關(guān)撥向n時對應(yīng)歐姆表的擋位倍率較大，即×10；(3)從“×1”擋位換成“×10”擋位，即開關(guān)S從m撥向n，全電路電阻增大，干路電流減小，①②短接時，為了使電流表滿偏，則需要增大通過電流計G所在支路的電流，所以需要將R0的滑片向上調(diào)節(jié)；(4)在“×10”擋位，電路圖結(jié)構(gòu)簡化如圖所示。第一次，當(dāng)①②短接，全電路的總電阻為R＝Rn＋eq\f(RG＋R0上R0下＋Rs,RG＋R0m＋Rs)通過干路的電流為I＝eq\f(E,R)電流表滿偏，根據(jù)并聯(lián)電路中電流之比等于電阻反比可知eq\f(IG,I－IG)＝eq\f(R0下＋Rs,RG＋R0上)第二次，①②之間接入R1＝100Ω，全電路總電阻為R＋R1，通過干路的電流為I1＝eq\f(E,R＋R1)電流表偏轉(zhuǎn)了量程的eq\f(2,3)，則eq\f(\f(2,3)IG,I1－\f(2,3)IG)＝eq\f(R0下＋Rs,RG＋R0上)結(jié)合第一次和第二次解得R＝2R1＝200Ω第三次，①②之間接入Rx，全電路總電阻為Rx＋R，通過干路的電流為Ix＝eq\f(E,Rx＋R)電流表偏轉(zhuǎn)了量程的eq\f(1,3)，則eq\f(\f(1,3)IG,Ix－\f(1,3)IG)＝eq\f(R0下＋Rs,RG＋R0上)結(jié)合第二次和第三次，解得Rx＝R＋2R1＝400Ω。答案：(1)大于(2)×10(3)向上(4)4007．(2022·浙江1月選考)小明同學(xué)根據(jù)圖1的電路連接器材來“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”。實驗時多次改變合金絲甲接入電路的長度l、調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，使電流表的讀數(shù)I達(dá)到某一相同值時記錄電壓表的示數(shù)U，從而得到多個eq\f(U,I)的值，作出eq\f(U,I)l圖像，如圖2中圖線a所示。(1)在實驗中使用的是________(選填“0～20Ω”或“0～200Ω”)的滑動變阻器。(2)在某次測量時，電壓表的指針位置如圖3所示，則讀數(shù)U＝________V。(3)已知合金絲甲的橫截面積為7.0×10－8m2，則合金絲甲的電阻率為________Ω·m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(4)圖2中圖線b是另一根長度相同、材料相同的合金絲乙與合金絲甲并聯(lián)后采用同樣的方法獲得的eq\f(U,I)l圖像，由圖可知合金絲甲的橫截面積________(選填“大于”“等于”或“小于”)合金絲乙的橫截面積。解析：(1)由實驗原理可知Rx＝eq\f(U,I)，而由eq\f(U,I)l圖像可知待測電阻最大值小于8Ω，為了使電壓表有明顯的讀數(shù)變化，則滑動變阻器的阻值不能太大，故選0～20Ω比較合適。(2)因合金絲電阻較小，且該電路中電流不能太大，故電壓應(yīng)較小，選擇電壓表的小量程讀數(shù)，量程為3V的電壓表的精確度為0.1V，估讀到0.01V，則電壓表讀數(shù)為1.32V。(3)根據(jù)電阻定律有eq\f(U,I)＝Rx＝eq\f(ρ,S)·l，則eq\f(U,I)l圖像的斜率為k＝eq\f(ρ,S)，可得合金絲甲的電阻率為ρ＝kS＝eq\f(7.4－4.0,0.44－0.20)×7.0×10－8(Ω·m)≈0.99×10－6(Ω·m)。(4)另一根長度相同、材料相同的合金絲乙與合金絲甲并聯(lián)后，電阻率不變，而橫截面積變?yōu)镾′＝S＋S乙，由圖2中圖線b可得S′＝eq\f(ρ,kb)＝eq\f(9.9×10－7,\f(2.2－1.4,0.42－0.20))m2≈27.2×10－8m2，解得S乙＝S′－S≈20.2×10－8m2>S，故合金絲甲的橫截面積小于合金絲乙的橫截面積。答案：(1)0～20Ω(2)1.32(1.30～1.34均正確)(3)0.99×10－6(0.96×10－6～1.0×10－6均正確)(4)小于8．(2022·山東等級考)某同學(xué)利用實驗室現(xiàn)有器材，設(shè)計了一個測量電阻阻值的實驗。實驗器材：干電池E(電動勢1.5V，內(nèi)阻未知)；電流表A1(量程10mA，內(nèi)阻為90Ω)；電流表A2(量程30mA，內(nèi)阻為30Ω)；定值電阻R0(阻值為150Ω)；滑動變阻器R(最大阻值為100Ω)；待測電阻Rx；開關(guān)S，導(dǎo)線若干。測量電路如圖所示。(1)斷開開關(guān)，連接電路，將滑動變阻器R的滑片調(diào)到阻值最大一端。將定值電阻R0接入電路；閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑片位置。使電流表指針指在滿刻度的eq\f(1,2)處。該同學(xué)選用的電流表為________(填“A1”或“A2”)；若不考慮電池內(nèi)阻。此時滑動變阻器接入電路的電阻值應(yīng)為________Ω。(2)斷開開關(guān)，保持滑片的位置不變。用Rx替換R0，閉合開關(guān)后，電流表指針指在滿刻度的eq\f(3,5)處，則Rx的測量值為________Ω。(3)本實驗中未考慮電池內(nèi)阻，對Rx的測量值______(填“有”或“無”)影響。解析：(1)若不考慮電池內(nèi)阻，且在電池兩端只接R0時，電路中的電流約為I＝eq\f(E,R0)＝eq\f(1.5,150)A＝10mA。由題知，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑片位置，要使電流表指針指在滿刻度的eq\f(1,2)處，則該同學(xué)選到的電流表應(yīng)為A1。當(dāng)不考慮電池內(nèi)阻，設(shè)滑動變阻器阻值為R，根據(jù)閉合電路的歐姆定律有E＝eq\f(Im,2)(R＋R0＋RA1)，代入數(shù)據(jù)解得R＝60Ω。(2)斷開開關(guān)，保持滑片的位置不變，用Rx替換R0，閉合開關(guān)后，有E＝eq\f(3Im,5)(R＋Rx＋RA1)代入數(shù)據(jù)解得Rx＝100Ω。(3)若考慮電池內(nèi)阻，設(shè)電池內(nèi)阻為r，根據(jù)閉合電路的歐姆定律有E＝eq\f(Im,2)[(R＋r)＋R0＋RA1]，E＝eq\f(3Im,5)[(R＋r)＋Rx＋RA1]聯(lián)立計算出的Rx不受電池內(nèi)阻r的影響。答案：(1)A16