高中物理选修31 电路实验及问题详解.docx
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高中物理选修31电路实验及问题详解
实验：
描绘小灯泡的伏安特性曲线
1．如图甲所示为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I－U关系曲线图．
乙丙丁
甲
（1）为了通过测量得到如图甲所示I－U关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的是图________，简要说明理由：
____________________________________________.
（电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100Ω）
（2）在如图丁所示的电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω.由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为______V；电阻R2的阻值为________Ω.
2．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，可供选择的实验仪器如下：
小灯泡L，“3.8V,0.3A”
电压表V，量程0～5V，内阻5kΩ
电流表A1，量程0～100mA，内阻4Ω
电流表A2，量程0～500mA，内阻0.4Ω
滑动变阻器R1，最大阻值10Ω，额定电流1.0A
滑动变阻器R2，最大阻值5Ω，额定电流0.5A
直流电源E，电动势约为6V
开关S及导线若干
（1）在上述器材中，滑动变阻器应选________；电流表应选________．
（2）在虚线框内画出实验的电路图，并在图中注明各元件的符号．
（3）某实验小组完成实验后利用实验中得到的实验数据在I－U坐标系中，描绘出如图所示的小灯泡的伏安特性曲线．根据此图给出的信息，可以判断下图中正确的是（图中P为小灯泡的功率）（ ）
3．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：
（1）若不管怎样调节滑动变阻器，小电珠亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是________导线断路．
（2）某同学在实验中还测出a、b、c三种元件的伏安特性曲线分别如图中的（a）、（b）、（c），下列说法正确的是（ ）
A．a可以作为标准电阻使用
B．b能作为标准电阻使用
C．b的阻值随电压升高而增大
D．c的阻值随电压升高而增大
4．某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值．
（1）现有电源（4V，内阻可不计）、滑动变阻器（0～50Ω，额定电流2A）、开关和导线若干，以及下列电表：
A．电流表（0～3A，内阻约0.025Ω）
B．电流表（0～0.6A，内阻约0.125Ω）
C．电压表（0～3V，内阻约3kΩ）
D．电压表（0～15V，内阻约15kΩ）
为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________（选填器材前的字母）；实验电路应采用图中的________（选填“甲”或“乙”）．
（2）图是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线．请根据在
（1）问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线．
（3）接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图所示，可得该电阻的测量值Rx＝
＝________Ω（保留两位有效数字）．
（4）若在
（1）问中选用甲电路，产生误差的主要原因是________；若在
（1）问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________．（选填选项前的字母）
A．电流表测量值小于流经Rx的电流值B．电流表测量值大于流经Rx的电流值
C．电压表测量值小于Rx两端的电压值D．电压表测量值大于Rx两端的电压值
实验：
测定金属的电阻率
5．在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5Ω，实验室备有下列实验器材：
A．电压表
（量程0～3V，内阻约为15kΩ）
B．电压表
（量程0～15V，内阻约为75kΩ）
C．电流表
（量程0～3A，内阻约为0.2Ω）
D．电流表
（量程0～0.6A，内阻约为1Ω）
E．变阻器R1（0～100Ω，0.6A）
F．变阻器R2（0～2000Ω，0.1A）
G．电池组E（电动势为3V）
H．开关S，导线若干
（1）为减小实验误差，应选用的实验器材有________（填代号）．
（2）为减小实验误差，应选用图中________（选填“甲”或“乙”）为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把图中的实物图用线连接起来．
（3）若用毫米刻度尺测得金属丝接入电路部分的长度为60.00cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图所示，则金属丝的直径为________mm，电阻值为________Ω.
6．在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm.
（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数应为________mm（该值接近多次测量的平均值）．
（2）用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：
电池组（电动势3V，内阻约1Ω）、电流表（内阻约0.1Ω）、电压表（内阻约3kΩ）、滑动变阻器R（0～20Ω，额定电流2A）、开关、导线若干．
某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.00
1.50
1.70
2.30
I/A
0.020
0.060
0.160
0.220
0.340
0.460
0.520
由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图中的________图（选填“甲”或“乙”）．
（3）下图是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端．请根据
（2）所选的电路图，补充完成图13中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．
（4）这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图14所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线．由图线得到金属丝的阻值Rx＝________Ω（保留两位有效数字）．
（5）根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________（填选项前的符号）．
A．1×10－2Ω·mB．1×10－3Ω·m
C．1×10－6Ω·mD．1×10－8Ω·m
实验：
测量电源的电动势和内电阻
7.用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图（a）所示，一位同学测得的六组数据如下表所示.
组别
1
2
3
4
5
6
电流I/A
0.12
0.20
0.31
0.32
0.50
0.57
电压U/V
1.37
1.32
1.24
1.18
1.10
1.05
（1）试根据这些数据在图（b）中作出U－I图线．
（2）根据图线求出电池的电动势E＝________V，电池的内阻r＝________Ω.
8.某研究性学习小组利用如图甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图乙所示的R－
图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E＝________，r＝________.
9．某同学在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图甲所示．
（1）按图甲电路原理图将图乙实物连接起来；
甲 乙
（2）该同学顺利完成实验，测出的数据如下表所示．请你根据这些数据帮他在图4中画出U－I图象，并由图得出电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.
I/A
0.10
0.17
0.23
0.30
U/V
1.20
1.00
0.80
0.60
10．某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内电阻，使用的器材还包括定值电阻（R0＝5Ω）一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图（a）．
（1）在图（b）的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接．
（2）请完成下列主要实验步骤：
①检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图（c）所示，读得电阻值是________；
②将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V；
③将开关S2________，电压表的示数是1.16V；断开开关S1.
（3）使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________（计算结果保留两位有效数字）．
实验：
描绘小灯泡的伏安特性曲线答案
1．答案
（1）乙 图乙加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压
（2）5.2 111.8
解析
（1）图乙的滑动变阻器用的是分压式接法，加在热敏电阻两端的电压可以从零调到所需电压，从而能够得到完整I－U图线，故选图乙．
（2）通过R1的电流为I1＝
＝
A＝36mA，通过热敏电阻的电流I2＝I－I1＝（70－36）mA＝34mA，由图甲可知热敏电阻两端的电压为5.2V，电阻R2＝
Ω≈111.8Ω.
2．答案
（1）R1 A2
（2）电路图如解析图所示 （3）BD
解析
（1）本题滑动变阻器采用分压接法，通常应当选用最大阻值较小的滑动变阻器，但本题中如果选用R2，则电路中的电流会超过R2允许通过的最大电流，故滑动变阻器应当选择R1.电流表A1的量程太小，故电流表应当选择A2.
（2）电路如右图所示，由于电压要从0开始测量，滑动变阻器用分压接法；因为灯泡的内阻比较小，电流表用外接法．
（3）随着通过小灯泡电压电流的增大，小灯泡消耗的功率增大，小灯泡的电阻也增大，由P＝
知B图正确，由P＝I2R知D图正确．
3．答案
（1）g
（2）AC
解析
（1）若调节滑动变阻器，小电珠的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器不起分压作用，所以可能是g导线断路．
（2）因a元件的IU线是直线，说明电阻随电压的变化不变，故可作为标准电阻，故A对，B错．因I－U线的斜率的倒数的变化表示电阻值的变化，故C对，D错，选A、C.
4．答案
（1）B C 甲
（2）见解析 （3）5.2 （4）B D
解析
（1）为了减小误差，应使电表读数为量程的
～
，电源电动势为4V，故电压表选C.估算通过Rx的最大电流约为Im＝
A＝0.6A，所以电流表应选B.因为
＞
，所以电流表应外接，即应采用甲电路，测量误差较小．
（2）见右图
（3）电流表、电压表的读数分别为I＝0.50A U＝2.60V
所以Rx＝
＝5.2Ω.
（4）甲电路中产生误差的主要原因是电压表的分流作用，选项B正确．乙电路中产生误差的主要原因是电流表的分压作用，故选项D正确．
实验：
测定金属的电阻率答案
5．答案
（1）ADEGH
（2）乙 实物图见解析 （3）0.635（0.635～0.639均正确） 2.4
解析
（1）由于电源的电动势为3V，所以电压表应选A；被测电阻约为5Ω，电路中的最大电流约为I＝
＝
A＝0.6A，电流表应选D；根据变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选E；还要选用电池和开关，导线若干．故应选用的实验器材有ADEGH.
（2）由于
＞
，应采用电流表外接法，应选图乙所示电路，实物连接如图所示．
（3）从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.635mm，从电压表可以读出电阻两端电压为1.20V，从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50A，被测电阻的阻值为Rx＝
＝
Ω＝2.4Ω.
6．答案
（1）0.398（0.395～0.399均正确）
（2）甲 （3）见解析图甲 （4）见解析图乙 4.4（4.3～4.7均正确） （5）C
解析
（1）螺旋测微器的读数为0mm＋39.8×0.01mm＝0.398mm.
（2）由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5Ω.由题知Rx≪RV，故电流表
外接．若滑动变阻器接为限流的形式，则Rx两端的电压最小值Umin＝
E≈0.6V，而从实验数据可知Rx两端电压可为0.10V，因此滑动变阻器应采用分压的形式．
（3）如甲图所示．
（4）选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图乙所示．
甲乙
图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx＝4.4Ω.
（5）根据R＝ρ
得金属丝的电阻率ρ＝
＝
＝
Ω·m
≈1.09×10－6Ω·m，故选项C正确．
实验：
测量电源的电动势和内电阻答案
7.答案
（1）见解析图
（2）1.45 0.69
解析 本题考查用作图法处理实验数据的能力．作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太远的点应舍去，图线如图所示．由图线与纵轴的交点可得电动势E＝1.45V，再读出图线与横轴交点的坐标（1.00,0.65），由E＝U＋Ir得r＝
≈0.69Ω.
8.答案 2.9V 0.9Ω
解析 由欧姆定律有，E＝I（R＋r），R＝
－r.
由此知图线的斜率为电动势E，纵轴截距大小为内阻r.
E＝
V＝2.9V，r＝0.9Ω.
9．答案
（1）如图所示
（2）1.48 3.0
10．答案
（1）如图所示
（2）①20Ω ③闭合 （3）0.69Ω
解析
（2）由题干图（c）读得电阻箱阻值为R＝20Ω；将S1闭合S2断开，电压表示数为电源电动势E＝1.49V，将S2再闭合，电压表示数为R两端电压．将电压表视为理想电表，则干路电流I＝
＝
A＝0.058A.
（3）因为I＝
，所以r＝
－R0－R
＝
Ω≈0.69Ω
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