4電學(xué)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

4電學(xué)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)1.(2023·河北衡水一模)電子體溫計(jì)是常見(jiàn)測(cè)量體溫的工具之一。如圖1所示,某物理興趣小組制作了一個(gè)簡(jiǎn)易電子體溫計(jì),其原理圖如圖2所示。(1)興趣小組測(cè)出某種熱敏電阻的IU圖像如圖3所示,那么他們選用的應(yīng)該是圖4中的(選填“甲”或“乙”)電路,由圖可知,熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而(選填“增大”或“減小”)。

(2)某同學(xué)用一個(gè)內(nèi)部電源電動(dòng)勢(shì)為3V、中值電阻為100Ω的歐姆表(已調(diào)零)接在上述熱敏電阻(伏安特性曲線如圖3所示)兩端,測(cè)量其阻值,如圖5所示,則測(cè)量值為Ω(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(3)熱敏電阻的阻值隨溫度的變化如圖6所示,在設(shè)計(jì)的電路中(如圖2所示),已知電源電動(dòng)勢(shì)為5.0V(內(nèi)阻不計(jì)),電路中二極管為紅色發(fā)光二極管,紅色發(fā)光二極管的啟動(dòng)(導(dǎo)通)電壓為3.0V,即發(fā)光二極管兩端電壓U≥3.0V時(shí)點(diǎn)亮,同時(shí)電鈴發(fā)聲,紅色發(fā)光二極管啟動(dòng)后對(duì)電路電阻的影響不計(jì)。實(shí)驗(yàn)要求當(dāng)熱敏電阻的溫度高于38.5℃時(shí)紅燈亮且鈴響發(fā)出警報(bào),其中電阻(選填“R1”或“R2”)為定值電阻,其阻值應(yīng)調(diào)為Ω(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

解析:(1)描繪熱敏電阻的伏安特性曲線,要求電壓從0開(kāi)始調(diào)節(jié),故選擇分壓電路乙;IU圖像上各點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示該狀態(tài)的電阻的倒數(shù),由題圖3可知,熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。(2)設(shè)熱敏電阻兩端電壓為U、通過(guò)熱敏電阻的電流為I,根據(jù)閉合電路歐姆定律有U=EIR中,代入數(shù)據(jù)得U=3100I,作出圖線如圖所示。圖線交點(diǎn)表示此時(shí)熱敏電阻的電壓為2.4V、電流為6mA,故其電阻為Rt=UI=2(3)由于熱敏電阻阻值隨溫度的升高而降低,要使發(fā)光二極管電壓U≥3.0V時(shí)點(diǎn)亮,則有R2分壓隨總電阻的減小而增大,由串聯(lián)電路中的電壓之比等于電阻之比,R1為熱敏電阻,R2為定值電阻,由題圖6可知,當(dāng)溫度為38.5℃時(shí),熱敏電阻阻值R1=40Ω,由閉合電路歐姆定律列出表達(dá)式,有5R1+R2答案:(1)乙減小(2)400(3)R2602.(2023·湖南郴州一模)目前主流的鋰離子電池的主要材料為磷酸鐵鋰,內(nèi)阻作為鋰電池的關(guān)鍵特性之一,直接體現(xiàn)電池的老化程度。電池用久以后性能會(huì)下降,表現(xiàn)之一為電池的電動(dòng)勢(shì)變小,內(nèi)阻變大。某興趣小組將一塊舊的鋰電池充滿電,準(zhǔn)備利用下列器材測(cè)量該電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。A.待測(cè)電池,電動(dòng)勢(shì)約為3.6V,內(nèi)阻約0.5Ω;B.直流電壓表V1、V2,量程均為0～4V,內(nèi)阻約為3kΩ;C.定值電阻R0,阻值未知;D.滑動(dòng)變阻器R,已知最大阻值為Rm;E.導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)S。(1)根據(jù)如圖甲所示的電路圖,在圖乙中將儀器連接完整。(2)實(shí)驗(yàn)之前,需要利用該電路圖測(cè)出定值電阻R0的阻值,方法是先把滑動(dòng)變阻器R調(diào)到最大阻值Rm,再閉合開(kāi)關(guān),電壓表V1和V2的讀數(shù)分別為U10、U20,則R0=(用U10、U20、Rm表示)。

(3)實(shí)驗(yàn)中移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片,讀出電壓表V1和V2的多組數(shù)據(jù)U1、U2,描繪出U1U2圖像如圖丙中圖線Ⅰ所示,圖線Ⅰ的斜率為k,與橫軸的截距為a,則電池的電動(dòng)勢(shì)E=,內(nèi)阻r=。(均選用k、a、R0中的字母表示)

(4)實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,電壓表V2的讀數(shù)變化不明顯,且讀數(shù)總是比較大,影響測(cè)量精確度。興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中找到一個(gè)定值電阻R1,接入電路重新測(cè)量,得到U1U2圖像如圖丙中的圖線Ⅱ所示,該興趣小組需要將定值電阻R1接到圖丁中的(選填“1”或“2”)位置,理由是。

解析:(1)根據(jù)題圖甲的電路圖,實(shí)物連線如圖所示。(2)把滑動(dòng)變阻器R調(diào)到最大阻值Rm,再閉合開(kāi)關(guān),電壓表V1和V2的讀數(shù)分別為U10、U20,根據(jù)歐姆定律可得U20U10=U10RmR0,解得R0=U(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得E=U2+U2-U1R0r,可得U1=R0+rrU2ER0r,可知U1U(4)電壓表V2的讀數(shù)變化不明顯,且讀數(shù)總是比較大,說(shuō)明電源內(nèi)阻比外電阻小得多;故需要將定值電阻R1接到題圖丁中的1位置,此時(shí)可將電源和R1看成一個(gè)等效電源,等效電源的內(nèi)阻為r等=r+R1,R1起到了分壓作用,使得電壓表V2的讀數(shù)變化更明顯,從而減小誤差。答案:(1)圖見(jiàn)解析(2)U20-(3)akk-13.(2023·山東東營(yíng)三模)傳感器在現(xiàn)代生活中有著廣泛的應(yīng)用。某學(xué)習(xí)小組利用壓力傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量壓力大小的電路。壓敏電阻的阻值R與受壓力大小F的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖甲所示,壓力F在0～200N范圍內(nèi)時(shí)圖線為直線。先利用如圖乙所示的電路,測(cè)量F=0時(shí)壓敏電阻的阻值R0,再在電流表相應(yīng)刻度處標(biāo)記對(duì)應(yīng)的壓力值。主要器材如下。壓敏電阻R(F=0時(shí)阻值R0在90～110Ω之間)電源(電動(dòng)勢(shì)E=12V,內(nèi)阻不計(jì))電流表G1(量程10mA,內(nèi)阻Rg1=200Ω)電流表G2(量程50mA,內(nèi)阻Rg2約為100Ω)定值電阻R1=200Ω滑動(dòng)變阻器R2開(kāi)關(guān)S1、S2及導(dǎo)線若干請(qǐng)完成下列問(wèn)題。(1)要求盡量準(zhǔn)確測(cè)量壓敏電阻的電阻值,導(dǎo)線c端應(yīng)與(選填“a”或“b”)點(diǎn)連接。

(2)滑動(dòng)變阻器有兩種規(guī)格,本實(shí)驗(yàn)中R2應(yīng)選擇的。

A.最大阻值為50ΩB.最大阻值為100Ω(3)閉合開(kāi)關(guān)S1、S2,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器接入回路部分的阻值,從最大值逐漸減小,電流表G2讀數(shù)為40mA時(shí),電流表G1讀數(shù)為8.0mA,可知R0=Ω。

(4)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2,繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R2,使電流表G2達(dá)到滿偏,滿偏電流刻度處標(biāo)記F=0。此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路部分的阻值和G2內(nèi)阻之和為Ω。保持滑動(dòng)變阻器阻值不變,當(dāng)壓力F=160N時(shí),電流表G2示數(shù)為mA。

解析:(1)導(dǎo)線c端應(yīng)接a,G1和定值電阻R1串聯(lián)可當(dāng)成電壓表測(cè)量壓敏電阻R兩端的電壓,G2和G1的電流之差是通過(guò)壓敏電阻R的電流,若接b,因G2的具體內(nèi)阻未知,不能準(zhǔn)確測(cè)量R兩端的電壓值。(2)F=0時(shí),滑動(dòng)變阻器R2若選擇最大阻值為50Ω的,全部接入電路時(shí),電路總電阻為R總=Rg2+R2+(Rg1+R1)R0R(3)閉合開(kāi)關(guān)S1、S2,當(dāng)兩電流表G1、G2的示數(shù)分別為I1、I2時(shí),有R0=I1(4)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2,繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R2,使電流表G2達(dá)到滿偏,滑動(dòng)變阻器