1、1专题突破与题型专练 电学创新实验(一)题型一:电表的改装与内阻的测量1.在如图所示的电路中,小量程电流表 G 的内阻 Rg=100 ,满偏电流 Ig=1 mA,R1=900 ,R 2= .(1)当 S1和 S2均断开时,改装成的表是什么表?量程为多大?(2)当 S1和 S2均闭合时,改装成的表是什么表?量程为多大?解析:(1)S 1和 S2均断开时,电阻 R1与小量程电流表 G 串联,可组成较大量程的电压表,电压表的内阻 RV=Rg+R1=1 000 .所以电压表两端的电压最高为 U=IgRV=0.0011 000 V=1 V.即改装成的电压表的量程为 1 V.(2)S1和 S2均闭合时,电
2、阻 R1被短路,电阻 R2与小量程电流表 G 并联,组成较大量程的电流表.当小量程电流表 G 满偏时,通过 R2的电流为 = = A=0.999 A.故改装成的电流表的量程为 I=IR2+Ig=0.999 A+0.001 A=1 A.答案:(1)电压表 1 V (2)电流表 1 A2.(2018河北正定中学高二周测)在把电流表改装成电压表的实验中,需要利用如图所示的电路测定电流表的内阻,其主要操作步骤如下:接通 S1,调节 R1,使电流表指针偏转到满刻度;保持 R1不变,再接通 S2,调节 R2,使电流表指针偏转到满刻度的一半;读出 R2的阻值,即可认为电流表的内阻 rg=R2.现备有如下器材
3、:2A.电流表(量程 0100 A,内阻约为 100 )B.电阻箱(范围 09.9 )C.电阻箱(范围 0999.9 )D.电阻箱(范围 099 999 )E.电源(提供电压 U=3 V)F.电源(提供电压 U=6 V)G.开关和若干导线(1)电路图中 R1应选 ,R 2应选 ,电源应选 .(填入所选器材的字母代号) (2)实验中读得 R2的阻值为 100 ,若将此电流表改装成量程为 3 V 的电压表,应 联一个阻值为 的电阻. 解析:(1)要减小测量误差,串联在干路中的 R1应尽可能大,在 R1尽可能大的情况下又保证电流表能半偏,所以电源电动势应该较大.接通 S1,调节 R1,使电流表指针偏
4、转到满刻度,此时电路中的电流为满偏电流,即 100 A,由电源电动势为 6 V,则 R1的阻值约为 =610 4 ,故 R1应选 D;R2是用来显示电流表内阻的测量值,所以 R2应选 C;电源选 F.(2)实验中读得 R2的阻值为 100 ,则电流表内阻的测量值为 100 .若将此电流表改装成量程为 3 V 的电压表,应串联一个阻值为 -100 =29 900 的电阻.答案:(1)D C F (2)串 29 9003.(2018天津静海县一中、杨村一中、宝坻一中等六校高三联考)某电压表的内阻在 20 k50 k 之间,为了测定待测电压表的内阻,实验室提供下列可选用的器材:待测电压表 V(量程
5、3 V)电流表 A1(量程 200 A)电流表 A2(量程 5 mA)电流表 A3(量程 0.6 A)滑动变阻器 R(最大阻值 1 k)电源 E(提供电压 U=4 V)开关 S(1)所提供的电流表中,应选用 . 3(2)为了尽量减小误差要求测多组数据,试画出符合要求的实验电路图.解析:变阻器阻值只有 1 k,比 RV小得多,用限流电路无法使表上电压在量程之内,更不用说取多组数据了.电压表满偏时,通过它的电流 I 不超过 =150 A.答案:(1)A 1 (2)如图所示4.(2018绵阳高三质检)如图(甲)所示为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路.(1)已知毫安表表头
6、的内阻为 100 ,满偏电流为 1 mA;R1和 R2为阻值固定的电阻.若使用a 和 b 两个接线柱,电表量程为 3 mA;若使用 a 和 c 两个接线柱,电表量程为 10 mA.由题给条件和数据,可求出 R1= ,R 2= . (2)现用一量程为 3 mA、内阻为 150 的标准电流表 A 对改装电表的 3 mA 挡进行校准,校准时需选择的刻度为 0.5 mA,1.0 mA,1.5 mA、2.0 mA,2.5 mA,3.0 mA.电池的电动势为 1.5 V,内阻忽略不计;定值电阻 R0有两种规格,阻值分别为 300 和 1 000 ;滑动变阻器 R 有两种规格,最大阻值分别为 750 和 3
7、 000 .则 R0应选用阻值为 的电阻,R 应选用最大阻值为 的滑动变阻器. (3)若电阻 R1和 R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用如图(乙)所示的电路可以判断出损坏的电阻.图中的 R为保护电阻,虚线框内未画出的电路即为图(甲)虚线框内的电路.则图中的 d 点应和接线柱 (选填“b”或“c”)相连. 解析:(1)使用 a,b 接线柱时,I ab=Ig+ =0.001 A+ A=0.003 A,使用 a,c 接线柱时,I ac=Ig+ =0.001 A+ A=0.010 A,解得 R1=15 ,R 2=35 .4(2)改装后电流表内阻r= = 33 ,R0作为保护电阻,电流最大时,电路
8、总电阻约为R=r+RA+R0= = =500 ,R0=R-r-RA=(500-33-150)=317 ,则 R0应选 300 ;电路电流最小时 R 滑 = -R= -500 =2 500 750 ,则滑动变阻器应选择 3 000 的.(3)由题图所示电路图可知,图中的 d 点与接线柱 c 相连时,闭合开关时,若电表指针偏转,则损坏的电阻是 R1,若电表指针不动,则损坏的电阻是 R2.答案:(1)15 35 (2)300 3 000 (3)c题型二:电阻的测量1.在伏安法测电阻的实验中,待测电阻 Rx约为 200 ,电压表 V 的内阻约为 2 k,电流表A 的内阻约为 10 ,测量电路中电流表的
9、连接方式如图(a)或图(b)所示,结果由公式 Rx=计算得出,式中 U 与 I 分别为电压表和电流表的示数.若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为 Rx1和 Rx2,则 (选填“R x1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值 Rx1 (选填“大于” “等于”或“小于”)真实值,测量值 Rx2 (选填“大于” “等于”或“小于”)真实值. 解析:根据题意知 ,电压表的分流作用较显著,故 Rx1更接近待测电阻的真实值.图(a)的测量值是 Rx与 RA串联的电阻阻值,故 Rx1Rx 真 ;图(b)的测量值是 Rx与 RV并联的电阻阻值,故Rx2Rx 真 .答案:R x1 大于 小
10、于2.(2018山西榆社中学高二月考)理想电压表内阻无穷大,而实际电压表并非如此,现要测量一个量程为 03 V,内阻约为 3 k 电压表的阻值.实验室备有以下器材:5A.待测电压表 V1:量程为 03 V,内阻约为 3 kB.电压表 V2:量程为 06 V,内阻约为 6 kC.滑动变阻器 R1:最大值 20 、额定电流 1 AD.定值电阻 R0E.电源(提供电压 U=6 V)F.开关一个、导线若干(1)利用以上器材设计如图(甲)所示测量电路,请写出按该电路测量电压表 V1内阻 RV的表达式: ;并指出表达式中各物理量的含义: . (2)在正确连接电路后,闭合开关 S,不断地调节滑动变阻器 R1
11、滑片位置,记录多组电压表V1,V2示数,作出 U2-U1图线如图(乙)所示.若 R0=1 480 ,由图线上的数据可得 RV= . 解析:(1)由欧姆定律有 = ,解得 RV= R0,其中 U1,U2分别为电压表 V1,V2的示数,R 0是定值电阻的阻值;(2)由电路的电压关系可得 U2=U1 ,由 U2-U1图像可知,斜率 k=1+ =1.5,若 R0=1 480 .则 RV=2 960 .答案:(1)R V= R0 其中 U1,U2分别为电压表 V1,V2的示数,R 0是定值电阻的阻值 (2)2 9603.(2017江西南昌市高二检测)某同学测量一个圆柱体的电阻率,需要测量圆柱体的尺寸和电
12、阻.(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径,某次测量的示数如图(甲)、6(乙)所示,长度为 cm,直径为mm. (2)按图(丙)连接电路后,实验操作如下:将滑动变阻器 R1的阻值置于最 (选填“大”或“小”)处;将 S2拨向接点 1,闭合S1,调节 R1,使电流表示数为 I0; 将电阻箱 R2的阻值调至最 (选填“大”或“小”),S 2拨向接点 2;保持 R1不变,调节 R2,使电流表示数仍为 I0,此时 R2阻值为1 280 . (3)由此可知,圆柱体的电阻为 . 解析:(1)游标卡尺的精度为 0.1 mm,所以 L=(50+10.1)mm=5.01 cm,螺旋测微器的读数
13、为d=(5+31.60.01)mm=5.316 mm.(2)为了保护电流表,在接通电路之前,要使电路中的总电阻尽可能大,然后慢慢减小电路中的电阻.(3)由于 S2分别连接接点“1”,“2”时使电流表中电流相等,因此,所调电阻箱的阻值与圆柱体电阻相等,即圆柱体电阻为 1 280 .答案:(1)5.01 5.316(5.3105.320) (2)大 大 (3)1 2804.某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率.所用的器材包括:输出为 3 V 的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器(千分尺)、米尺、电阻箱、开关和导线等.(1)他们截取了一段金属丝,拉直后固定在绝缘的米尺上,并
14、在金属丝上夹一个小金属夹,金属夹可在金属丝上移动.请根据现有器材,设计实验电路,并连接电路实物图,如图(甲)所示.7(2)实验的主要步骤如下:正确连接电路,设定电阻箱的阻值,开启电源,合上开关;读出电流表的示数,记录金属夹的位置;断开开关, ,合上开关,重复的操作. (3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据,并据此数据绘出了图(乙)所示的关系图线,其斜率为 A -1m-1(保留三位有效数字);图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了 的电阻之和. 解析:(1)如图所示(2)实验中,应改变金属夹的位置,改变被测电阻的阻值,从而测得多组数据.(3)由欧姆定律得 I= ,变形得 = + l,由此可
15、知图线纵轴截距与电源电动势的乘积为金属丝电阻为零时全电路(即电阻箱和电流表)的电阻之和.答案:(1)见解析图 (2)改变金属丝上金属夹的位置 (3)10.5 金属丝接入长度为零时全电路(或电阻箱和电流表)5.(2017安徽淮北市一中高三模拟)某同学现利用如图(甲)所示的电路来测量一电阻 Rx的阻值.8(1)完成下列实验步骤中的填空:闭合开关 S1,断开开关 S2,调节电阻箱 R 和滑动变阻器 R,使电流表指针指向一个适当的位置.记下此时 和电阻箱的阻值 R1.此时电阻箱的读数如图(乙)所示. 闭合开关 S2,保持滑动变阻器的滑片位置不变,然后 ,使 ,记下此时电阻箱的读数 R2,此时电阻箱的读数如图(丙)所示. (2)在步骤中电阻箱的读数为 R1= ;在步骤中电阻箱的读数为 R2= . (3)电阻 Rx的阻值为 Rx= . 解析:(2)由题图(乙)和题图(丙)可知 R1=60 ,R 2=80 .(3)由于 R1加上 Rx在电路中所起的作用与 R2相同(电流表指针指示同一位置),则有 R1+Rx=R2,故有 Rx=R2-R1=80 -60 =20 .答案:(1)电流表的示数 I 调节电阻箱 R 的电阻 电流表的读数仍然为 I(2)60 80 (3)20
