熱點08 電學實驗儀器選擇問題（教師版含解析）-高考物理專練(新高考專用)

高考物理【熱點·重點·難點】專練(山東專用)熱點08電學實驗儀器選擇問題【熱點解讀】(1)、實驗儀器的選擇根據實驗原理和實驗室條件選擇儀器是進行正確測量的前提，一般遵循以下三原則：①安全性原則：要能夠根據實驗要求和客觀條件選用合適的儀器，使實驗切實可行，能達到預期目標。另外還要注意測量儀器的量程，電阻類器件的電流不能超過其最大允許電流等。②準確性原則：根據實驗的需要，選用精度合適的測量工具，但對某個實驗來講，精確程度夠用即可，并不是精度越高越好。③操作性原則：實驗時需考慮調節(jié)方便，便于操作，如滑動變阻器的選擇，既要考慮它的額定電流，又要考慮它的阻值范圍，在二者都能滿足實驗要求的情況下，還要考慮阻值大小對實驗操作中是否調節(jié)方便的影響。根據教學大綱及高考考核的要求，選擇電學實驗儀器主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器件，通常可以從以下三方面人手：a．根據不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表．首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程．然后合理選擇量程。務必使指針有較大偏轉(一般取滿偏的1/3-2/3左右)，以減少測讀的誤差．b．根據電路中可能出現的電流或電壓范圍需選擇滑動變阻器．注意流過滑動變阻器的電流不超過它額定值．對高阻值的變阻器，如果滑動頭稍有移動，使電流電壓有很大變化的，不宜采用．c．應根據實驗的基本要求來選擇儀器．對于這種情況．只有熟悉實驗原理．才能做出恰當的選擇．對器材的選擇的一般步驟是：①找出唯一性的器材；②草畫電路圖(暫不把電表接入)；③估算最大值(在限流電路中把滑動變阻器觸頭推向最小值)；④考慮能否都使電表達到滿偏的1/3以上?！凇胺卜y電阻”和“伏安法測電池電動勢和內電阻”的實驗中，一般選用總阻值較小的滑動變阻器，前者可方便調節(jié)，后者可減少誤差?！僭诨瑒幼冏杵髯飨蘖髯饔脮r，為使負載RX既能得到較寬的電流調節(jié)范圍，又能使電流變化均勻，選擇變阻器時，應使其總電阻，R0大于RX，一般在2—5倍為好?！谠诨瑒幼冏杵髯鳛榉謮鹤饔脮r，一般取滑動變阻器的總電阻R0在0.1RX—0.5RX之間為好?！鞠迺r檢測】(建議用時：30分鐘)1．一電流表的內阻Rg約在1k～2k之間，現要測量它的內阻，提供的器材有：A．待測電流表G(量程250A)B．電源E(4V，內阻0.6)C．電阻箱RA(0－9999)D．滑動變阻器R1(0－20，1A)E.滑動變阻器R2(0－250，0.6A)F.滑動變阻器R3(0－1k，0.3A)G.標準電流表G(量程250A)H.電鍵S1、S2及導線若干有甲、乙兩同學，用不同的測量方法來測出內阻。設計的電路如圖(1)和(2)A、甲同學利用圖(1)的電路圖來測量內阻，其實驗步驟如下：①先按電路圖一接好各元件，并使滑動觸頭P先置a端，斷開電鍵S1，且使電阻箱阻值為零②閉合電鍵S1，調節(jié)滑動觸頭P于某一位置，使G表滿刻度Ig③保持滑動觸頭P的位置不變，調節(jié)電阻箱RA，使G表的讀數變?yōu)榘肫?)，記下此時的電阻箱數值R④實驗完畢后斷開電鍵，即得待測電流表內阻Rg=RB、乙同學利用圖(2)的電路圖來測得內阻，其實驗步驟如下：①先按電路圖(2)接好各元件，并使滑動觸頭P先置于a端，斷開電鍵S1、S2，且使電阻箱阻值為零②閉合電鍵S和S1，調節(jié)滑動觸頭P于某一位置，使表滿刻度Ig③斷開電鍵S1，閉合電鍵S，調節(jié)電阻箱電阻值，使表電流仍為Ig，記下電阻箱數值R④實驗完畢后斷開電鍵，即得待測電流表內阻Rg=R請回答以下問題：(1)在不考慮操作過程中的失誤的前提下，僅就電路設計而言，能更準確地測出電流表內阻值的是______同學設計的方案。(2)甲、乙兩同學在操作過程中有一名同學有失誤，請你指出是那名同學并改正：______(3)對測量精度較差的那個設計方案中，回答以下問題：(a)其測量誤差的主要來源，以下分析正確的是______A．電阻箱兩端電壓大于B．aP端的電壓增大C．G表兩端電壓由IgRg減為D．電阻箱R分壓作用(b)這一測量值對實際的內阻而言是偏大還是偏??？答：______(c)要使這一測量值的誤差盡量小，則可變電阻應選擇_______?！敬鸢浮恳译娮柘銻阻值應先置于2k以上，不應先置于零AB偏大R1【解析】(1)乙同學的方案能更準確地測出電流表內阻值；因為甲同學的方案中，調節(jié)電阻箱電阻值，使G表電流為時，由于外電路總電阻增大，變阻器輸出的電壓增大，即電流表與電阻箱串聯的總電壓已增大，電阻箱的電壓將大于電流表的電壓，根據串聯電路分析特點可知，測量值將大于電流表內阻真實值。乙同學采用等效替代的方法，沒有系統(tǒng)誤差；(2)乙同學的失誤是電阻箱阻值在測量前應先置于2kΩ以上不應先置于零，從而使得閉合開關后電路電流較小，保證電流表的安全；(3)圖甲的半偏法測電流表內阻的誤差為電阻箱的接入使得A平間阻值增大，分壓怎大，使得電阻箱兩端電壓大于，故選AB；由上分析可知，甲同學方案中，所得到的電流表內阻測量值偏大；為調節(jié)方便要選小滑動變阻器，要用分壓式保證總電阻變化小，變阻器也要選小阻值，則應選擇R1。2．利用如圖所示的電路測定電流表的內阻，步驟如下：①閉合開關S1，調節(jié)R1，使電流表指針偏轉到滿刻度；②再閉合開關S2，調節(jié)R2，使電流表指針偏轉到滿刻度的一半；③讀出R2的阻值，即認為Rg＝R2。已知電流表滿偏電流為500μA，其內阻約在100Ω左右，實驗室配有的可變電阻有：A．電阻箱(0～10Ω)；B．電阻箱(0～9999Ω)；C．滑動變阻器(0～200Ω)；D．滑動變阻器(0～20kΩ)．(1)電路圖中R1應選________，R2應選________；(2)若上述實驗中，讀得R2的阻值為100Ω，則電流表內阻的測量值和真實值相比________(選填“偏大”或“偏小”)?！敬鸢浮緿B偏小【解析】(1)電路中R1阻值應遠大于Rg，R2的阻值比Rg稍大就行，但R2必須是電阻箱，不然不能讀數。故R1應選D，R2應選B。(2)S1先閉合，調節(jié)R1，使干路電流為Ig，再閉合S2，調節(jié)R2，使電流表半偏，即電流表示數為，此時因為回路中總電阻變小而干路電流I變大，即I比Ig稍大這樣通過R2的電流如圖所示，由并聯電路電流和電阻關系知R2<Rg真，所以讀得R2為100Ω時，實際Rg比100Ω要大，即測量值要比真實值偏小。3．在“測定金屬絲的電阻率”的實驗中，待測金屬絲的電阻Rx約為5Ω，除了變阻器R、電源(3V)、開關、導線之外，還有下列器材：A．電壓表V1(量程3V，內阻約為15kΩ)B．電壓表V2(量程15V，內阻約為75kΩ)C．電流表A1(量程3A，內阻約為0.2Ω)D．電流表A2(量程600mA，內阻約為1Ω)(1)圖1為測金屬絲直徑時螺旋測微器的示意圖，則此金屬絲的直徑為___________。(2)電壓表應選___________；電流表應選___________(填儀器前的字母序號)。(3)應選用圖2中的___________(填“甲”或“乙”)為該實驗的電路圖，待測金屬絲電阻的測量值比真實值偏___________(選填“大”或“小”)?！敬鸢浮?.685mmAD乙小【解析】(1)螺旋測微器固定部分讀數為1.5mm，可動部分讀數為18.5×0.01mm=0.185mm故最終讀數為1.5mm+0.185mm=1.685mm(2)電源電動勢為3V，則電壓表選A，即電壓表V1(量程3V，內阻約為15kΩ)；電路最大電流故電流表選D，即電流表A2(量程600mA，內阻約為1Ω)。(3)因待測金屬絲的電阻Rx約為5Ω，與電流表內阻相差不大，故電流表應選擇外接法，因此實驗電路應選乙；因電壓表分流導致電流表示數偏大，則由歐姆定律可知，待測電阻的測量值比真實值偏小。4．在“測定金屬的電阻率”的實驗中，小強同學先用多用電表粗測了一段粗細均勻的電阻絲的阻值(約為5)，隨后將其固定在帶有刻度尺的木板上，準備進一步精確測量其電阻。(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結果如圖1所示，其讀數應為____mm；(2)現有電源(電動勢E為3.0V，內阻不計)、開關和導線若干，以及下列器材：A．電流表(量程0~3A，內阻約0.025)B．電流表(量程0~0.6A，內阻約0.125)C．電壓表(量程0~3V，內阻約3k)D．滑動變阻器(0~20，額定電流2A)E．滑動變阻器(0~100，額定電流1A)①為減小誤差，且便于操作，在實驗中電流表應選______，滑動變阻器應選____；(選填器材前的字母)②如圖2所示，是測量該電阻絲實驗器材的實物圖，圖中已連接了部分導線，還有兩根導線沒有連接，請補充完整_______；③在甲圖中，在開關閉合前，滑動變阻器的滑片應當調到最_________(選填“左”或“右”端)，閉合開關后，在實驗中電壓表讀數的最小值_______(選填“大于零”或“等于零”)；④按照上述步驟②正確連接電路的前提下，若不計實驗中的偶然誤差，則下列說法正確的是______。A．電阻測量值偏大，產生系統(tǒng)誤差的主要原因是電流表分壓B．電阻測量值偏小，產生系統(tǒng)誤差的主要原因是電壓表分流C．若已知電壓表的內阻，可計算出待測電阻的真實值D．若已知電流表的內阻，可計算出待測電阻的真實值【答案】0.212BD左大于零BC【解析】(1)由圖1所示螺旋測微器可知，螺旋測微器的讀數是0+21.2×0.01mm=0.212mm；(2)流過電阻絲的最大電流約為電流表應選擇B；為方便實驗操作，滑動變阻器應選擇D；滑動變阻器最大阻值遠大于待測金屬絲阻值，滑動變阻器應采用限流接法，由于電壓表內阻遠大于待測金屬絲阻值，電流表應采用外接法，實物電路圖如圖所示滑動變阻器采用限流接法，為保護電路，在開關閉合前，滑動變阻器的滑片應當調到最左端，閉合開關后，在實驗中電壓表讀數的最小值大于零；AB．電流表采用外接法，由于電壓表的分流作用，電流測量值偏大，由歐姆定律可知，電阻測量值偏小，故A錯誤，B正確；CD．若已知電壓表的內阻，由求出流過電壓表的電流，可以測出流過待測電阻電流的真實值，可計算出待測電阻的真實值，故C正確，D錯誤。故選BC。5．某同學要測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率，步驟如下：(1)用游標為20分度的卡尺測量其長度如圖1，由圖可知其長度為______mm：(2)用螺旋測微器測量其直徑如圖2，由圖可知其直徑為_________mm；(3)用多用電表的電阻“×10”擋，按正確的操作步驟測此圓柱體的電阻，表盤的示數如圖3，則該電阻的阻值約為________Ω。(4)該同學想用伏安法更精確地測量其電阻R，現有的器材及其代號和規(guī)格如下：待測圓柱體電阻R直流電源E(電動勢4V，內阻不計)電流表A1(量程0~4mA，內阻約50Ω)電流表A2(量程0~10mA，內阻約30Ω)電壓表V1(量程0~3V，內阻約10kΩ)電壓表V2(量程0~15V，內阻約25kΩ)滑動變阻器R1(阻值范圍0~15Ω，允許通過的最大電流2.0A)滑動變阻器R2(阻值范圍0~2kΩ，允許通過的最大電流0.5A)開關S導線若干為使實驗誤差較小，要求測得多組數據分析，請在圖中畫出測量的電路圖，并標明所用器材的代號(________)【答案】50.15mm4.700mm220Ω見解析【解析】(1)游標卡尺讀數50mm+3×0.05mm=50.15mm(2)螺旋測微器測量的直徑為4.5mm+20.0×0.01mm=4.700mm(3)電阻的阻值22×10Ω=220Ω(4)由于電源電動勢為4V，因此電壓表選用量程為3V的V1，回路最大電流因此電流表選A2，題目要求測量多組數據，因此滑動變阻器采用分壓式接法，選用阻值盡可能小的電阻，因此選用R1，由于待測電阻與電流表內阻比較相差不大，因此采用電流表的外接法，電路如圖所示6．某同學要測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率步驟如下：(1)用游標為20分度的卡尺測量其長度，由圖可知其長度_________。(2)用螺旋測微器測量其直徑，由圖可知其直徑________。(3)用多用電表的電阻“10”擋，按正確的操作步驟測此圓柱體的電阻，表盤示數如圖所示，則該電阻的阻值約為_________。(4)該同學想用伏安法更精確地測量其電阻R，現有的器材及其代號和規(guī)格如下：待測圓柱體電阻R；直流電源E(電動勢，內阻不計)；電流表(量程，內阻約)；電流表(量程，內阻約)；電壓表(量程，內阻約)；電壓表(量程，內阻約)；滑動變阻器(阻值范圍，允許通過的最大電流)；滑動變阻器(阻值范圍，允許通過的最大電流)；開關S；導線若干。為使實驗誤差較小，要求測得多組數據進行分析，請在右側框中畫出測量的電路圖______。(并且標出所用器材代號)。(5)若該同學用伏安法跟用多用電表測量得到的R測量值幾乎相等，若已知伏安法測電阻電路中電壓表和電流表示數分別用U和I表示，則用此法測出該圓柱材料的電阻率____________?！敬鸢浮?0.154.700