②若测电压表内阻,如图所示,电阻箱应和电压表串联,然后与小电阻滑动变阻器并联,R测>R真.
2.(2018·高考天津卷)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10kΩ),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用:
A.电压表(量程0~1V,内阻约10kΩ)
B.电压表(量程0~10V,内阻约100kΩ)
C.电流表(量程0~1mA,内阻约30Ω)
D.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.05Ω)
E.电源(电动势1.5V,额定电流0.5A,内阻不计)
F.电源(电动势12V,额定电流2A,内阻不计)
G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10Ω,额定电流2A)
(1)为使测量尽量准确,电压表选用________,电流表选用________,电源选用________.(均填器材的字母代号)
(2)画出测量Rx阻值的实验电路图.
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”),原因是________________________________________________________________________.
解析:
若选用电动势为1.5V的电源,则实验中电流最大值仅为0.15mA,两个电流表均无法准确测量,故选用电动势为12V的电源F;此时,实验中最大电流约为1.2mA,故电流表选用C;电压表选用B.由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值,所以滑动变阻器采用分压式接法;待测电阻的阻值远大于电流表内阻,所以电流表内接.由于电流表的分压作用,电阻测量值偏大,所以电阻测量值大于其真实值.
答案:
(1)B C F
(2)如图所示
(3)大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压
热点题型三 描绘小电珠的伏安特性曲线
实验
电路图
实验原理
考查热点
描绘小电珠的伏安特性曲线
①电路:
伏安法外接;滑动变阻器分压式
②图象:
U-I图象为曲线(温度升高,灯丝电阻增大)
①考电路:
电路设计或选择、实物连线或改错,器材选择
②考作图:
描点、连线画U-I图象
③考运算:
由U-I图象求电阻、电功率
(2017·高考全国卷Ⅰ)某同学研究小灯泡的伏安特性.所使用的器材有:
小灯泡L(额定电压3.8V,额定电流0.32A);电压表V(量程3V,内阻3kΩ);电流表A(量程0.5A,内阻0.5Ω);固定电阻R0(阻值1000Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0Ω);电源E(电动势5V,内阻不计);开关S;导线若干.
(1)实验要求能够实现在0~3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图.
K
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示.由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻________(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”).
(3)用另一电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率.闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为________W,最大功率为________W.(结果均保留2位小数)
[解析]
(1)要实现在0~3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量,则滑动变阻器需要设计成分压接法;电压表V应与固定电阻R0串联,将量程改为4V.由于小灯泡正常发光时电阻约为12Ω,所以需将电流表外接.
(2)由小灯泡伏安特性曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻增大.根据电阻定律可知,灯丝的电阻率增大.
(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0Ω时,流过小灯泡的电流最小,小灯泡的实际功率最小,把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分,在题图(a)中画出等效电源E′0(电动势4V,内阻1.00Ω+9.0Ω=10Ω)的伏安特性曲线,函数表达式为U=4-10I(V),图线如图中Ⅰ所示,故小灯泡的最小功率为Pmin=U1I1=1.75×0.225W≈0.39W.当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时,流过小灯泡的电流最大,小灯泡的实际功率最大,在题图(a)中画出电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)的伏安特性曲线,函数表达式为U=4-I(V),图线如图中Ⅱ所示,故小灯泡的最大功率为Pmax=U2I2=3.68×0.318W≈1.17W.
[答案]
(1)实验电路原理图如图所示
(2)增大 增大 (3)0.39 1.17
描绘小电珠的伏安特性曲线电路的连接方式
(1)电流表应采用外接法:
因为小电珠(3.8V,0.3A)的电阻很小,与量程为0.6A的电流表串联时,电流表的分压影响很大.
(2)滑动变阻器应采用分压式接法:
目的是使小电珠两端的电压能从0开始连续变化.
3.(2019·高考全国卷Ⅱ)某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中V1和V2为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(阻值100Ω);S为开关,E为电源.实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出.图(b)是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-t关系曲线.回答下列问题:
(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0μA,应调节滑动变阻器R,使电压表V1的示数为U1=________mV;根据图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻________(填“变大”或“变小”),电压表V1示数________(填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向________(填“A”或“B”)端移动,以使V1示数仍为U1.
(2)由图(b)可以看出U与t成线性关系.硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为|
|=________×10-3V/℃(保留2位有效数字).
解析:
(1)实验中硅二极管与定值电阻R0串联,由欧姆定律可知,定值电阻两端电压U1=IR0=50.0μA×100Ω=5.00mV;由图(b)可知,当控温炉内温度升高时,硅二极管两端电压减小,又图(b)对应的电流恒为50.0μA,可知硅二极管的正向电阻变小,由“串反”规律可知,定值电阻R0两端电压增大,即电压表V1示数增大,应增大滑动变阻器接入电路的阻值以减小电路中的电流,从而使电压表V1示数保持不变,故应将R的滑片向B端移动.
(2)由图(b)可知
=
V/℃=2.8×10-3V/℃.
答案:
(1)5.00 变小 增大 B
(2)2.8
热点题型四 测定金属的电阻率
实验
电路图
实验原理
考查热点
测定金属的电阻率
①测Rx∶Rx=
(伏安法)
②算ρ:
Rx=ρ
,ρ=
①考读数:
U、I、L及d
②考电路:
电路设计或选择、实物连线或改错,器材选择
③考运算:
由U-I图象求Rx,ρ
(2019·高考天津卷)现测定长金属丝的电阻率.
(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是______mm.
(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻.这段金属丝的电阻Rx约为100Ω,画出实验电路图,并标明器材代号.
电源E(电动势10V,内阻约为10Ω)
电流表A1(量程0~250mA,内阻R1=5Ω)
电流表A2(量程0~300mA,内阻约5Ω)
滑动变阻器R(最大阻值10Ω,额定电流2A)
开关S及导线若干
(3)某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx=__________.从设计原理看,其测量值与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“相等”).
[解析]
(1)由螺旋测微器的读数规则可知,该金属丝的直径应为0mm+20.0×0.01mm=0.200mm;
(2)对提供的实验器材分析可知,由于滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多,因此滑动变阻器应采用分压接法,由于没有提供电压表,因此可以用内阻已知的电流表充当电压表,即将A1作为电压表,由于A1的内阻已知,因此A2应采用外接法;
(3)由电路图可知,Rx=
,由于A1的内阻已知,因此该实验不存在系统误差,测量值与真实值相等.
[答案]
(1)0.200(0.196~0.204均可)
(2)如图
(3)
相等
测金属丝电阻率的三点说明
(1)在求Rx的平均值时可用两种方法:
①用Rx=
分别算出各次的数值,再取平均值.
②用U-I图线的斜率求出.
(2)电流表外接法:
本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法.
(3)电流控制:
电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大.
4.在“测定金属的电阻率”的实验中,被测金属丝的电阻大约为6Ω,先用刻度尺测出金属丝的长度l以及金属丝的直径d,接着用伏安法测出金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I,计算出它的电阻,再根据电阻公式计算出该金属材料的电阻率.
在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测的金属丝外,还有如下供选择的实验器材:
直流电源E:
电动势约为4.5V,内阻很小;
电流表A1:
量程0~0.6A,内阻为0.125Ω;
电流表A2:
量程0~3A,内阻为0.025Ω;
电压表V1:
量程0~3V,内阻为3kΩ;
电压表V2:
量程0~15V,内阻为15kΩ;
滑动变阻器R1:
最大阻值10Ω,允许通过的最大电流为0.2A;
滑动变阻器R2:
最大阻值20Ω,允许通过的最大电流为1.0A;
开关,导线若干.
要求有较高的测量精度,并能测得多组数据.
(1)在可供选择的器材中,应该选用的电流表是________,应该选用的电压表是________,应该选用的滑动变阻器是________(填器材符号).
(2)根据所选的器材,在如图所示虚线框中画出实验电路图.
(3)用测得的物理量表示电阻率的表达式为ρ=________(用字母表示).
解析:
(1)电源电动势约为4.5V,被测金属丝电阻约为6Ω,干路中的最大电流约为0.75A,故电流表选A1,电压表选V1,滑动变阻器R1的最大允许电流0.2A太小,影响测量的范围,所以滑动变阻器选R2.
(2)待测金属丝电阻较小,电流表应采用外接法,要求能
测得多组数据,故滑动变阻器应采用分压接法,电路图如图所示.
(3)由R=
及R=ρ
,又S=π
=
,得ρ=
=
=
.
答案:
(1)A1 V1 R2
(2)见解析图 (3)
热点题型五 测定电源的电动势和内阻
实验
电路图
实验原理
考查热点
测定电源的电动势和内阻
①伏安法:
E=U+Ir
②安阻法:
E=I(R+r)
③伏阻法:
E=U+
r
①考电路:
电路设计或选择、实物连线或改错,器材选择
②考作图:
描点连线画图线
③考运算:
由U-I或I-1-R或U-1-R-1图象,求E、r
(2019·日照模拟)某同学设计了一个“测定电池电动势和内阻”的实验,可供选择的器材如下:
A.待测干电池一节
B.电流表A(量程为0~60mA,内阻RA=18Ω)
C.电压表V(量程为0~3V,内阻RV约为3kΩ)
D.滑动变阻器R1(阻值为0~5Ω)
E.滑动变阻器R2(阻值为0~30Ω)
F.定值电阻R3(阻值为2Ω)
G.定值电阻R4(阻值为10Ω)
(1)为完成实验,滑动变阻器应该选________,定值电阻应该选________.(填器材后面的代号)
(2)请完善图(a)中的电路图.
(3)根据图(b)中已描出的点画出U-I图象,由图象得该电源的电动势E=________V,内阻r=________Ω.(结果保留三位有效数字)
[解析]
(1)因为电池的内阻较小,约为几欧,故为了能起到控制调节作用,滑动变阻器应采用总阻值为30Ω的R2;因为给出的电流表量程为0~60mA,量程偏小,为了能准确测量,可以采用串联定值电阻的方法来减小电流,需要的电阻R=
=25Ω,两定值电阻均达不到要求,所以应考虑改装电流表,为了让量程变大,应将较小的电阻与电流表并联,电流表改装后的量程为I=Ig+
=60mA+
mA=600mA,符合实验要求.
(2)根据
(1)中分析可知,电路图如图所示.
(3)根据已描出的点画出的U-I图象如图所示.设电压表示数为U,电流表示数为I,则根据闭合电路的欧姆定律有U=E-10Ir,可知电路的U-I图线与纵轴的交点即为电源的电动势,故E=1.49V,图线的斜率k=
Ω=10r,则r=1.05Ω.
[答案]
(1)R2 R3
(2)图见解析 (3)图见解析 1.49(1.47~1.49均可) 1.05(1.04~1.07均可)
用实验数据求E、r的处理方法
(1)列方程求解:
由U=E-Ir得
,解得E、r.
(2)用作图法处理数据,如图所示.
①图线与纵轴交点为E;
②图线与横轴交点为I短=
;
③图线的斜率表示r=|
|.
5.某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材:
A.被测干电池一节
B.电流表1:
量程0~0.6A,内阻r=0.3Ω
C.电流表2:
量程0~0.6A,内阻约为0.1Ω
D.电压表1:
量程0~3V,内阻未知
E.电压表2:
量程0~15V,内阻未知
F.滑动变阻器1:
0~10Ω,2A
G.滑动变阻器2:
0~100Ω,1A
H.开关、导线若干
伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差,在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻.
(1)在上述器材中请选择适当的器材(填写器材前的字母):
电流表选择__________,电压表选择________,滑动变阻器选择________.
(2)实验电路图应选择下图中的__________(填“甲”或“乙”).
(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图象,则在修正了实验系统误差后,干电池的电动势E=__________V,内电阻r=__________Ω.
解析:
(1)因为一节干电池的电动势为1.5伏左右,故电压表选择D;通过电源的电流不超过0.6A,因B电流表的内阻已知,故电流表选择B,滑动变阻器选择F.
(2)因电流表内阻已知,故实验电路图应选择图中的甲.
(3)电池的电动势E=1.5V,内电阻r=
-RA=
Ω=0.7Ω.
答案:
(1)B D F
(2)甲 (3)1.5 0.7热点题型六 传感器的简单应用
实验
电路图
实验原理
考查热点
传感器的简单应用
传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)
①考热敏:
热敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)
②考光敏:
光敏电阻特性(欧姆表法、伏安法)
现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到