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专练16 电学试验
1．(2022·扬州市高三期末检测)小明同学想测量一节旧干电池的电动势和内电阻，身边仅有下列器材：一个多用电表、一个定值电阻R1、一个滑动变阻器R2(0～20 Ω)、一个开关S、导线若干．小明设计了试验原理图(如图1所示)，并进行了如下试验：
图1
①依据原理图，连接试验器材，且S断开；
②多用电表选择“×1”挡，先________，后用红表笔接a端，黑表笔接b端，记录下R1示数(如图2所示)；
③S闭合，多用电表选择“直流电压2.5 V”挡，________表笔接a端，________表笔接b端(填“红”或“黑”)，记录下示数U1；然后再测出b、c间的电压，记录下示数U2；
④调整滑动变阻器，重复步骤③，得到如下表所示的6组数据；
U1/V
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
U2/V
1.05
0.90
0.75
0.70
0.45
0.30
图2
图3
(2)由图2可知R1测量值为________Ω；
(3)请在如图3所示的坐标纸中画出U2－U1关系图；
(4)该电池的内电阻为________Ω.(保留两位有效数字)
解析 (1)多用电表测电阻，选定合适倍率后，要先进行电阻调零．测电压时红、黑表笔代表电压表的正、负接线柱，因此，红表笔接a端，黑表笔接b端；(2)测量结果为R1＝8.0×1 Ω＝8.0 Ω；(3)由表中数据描点连线，得到U2－U1关系图线如答案图；(4)对闭合电路有E＝U1＋U2＋r，解得U2＝E－U1.由此可知＝－k.由图象可知k＝－1.5，代入R1＝8.0 Ω及k＝－1.5解得r＝4.0 Ω.
答案 (1)欧姆调零(写“电阻调零”也算对) 红 黑 (2)8.0
(3)如图
(4)4.0
2．[2022·天津卷，9(3)]现要测量一个未知电阻Rx的阻值，除Rx外可用的器材有：
多用电表(仅可使用欧姆挡);
一个电池组E(电动势6 V)；
一个滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流1 A)；
两个相同的电流表G(内阻Rg＝1 000 Ω，满偏电流Ig＝100 μA)；
两个标准电阻(R1＝29 000 Ω，R2＝0.1 Ω)
一个电键S、导线若干．
(1)为了设计电路，先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻，接受“×10”挡，调零后测量该电阻，发觉指针偏转格外大，最终几乎紧挨满偏刻度停下来，下列推断和做法正确的是________(填字母代号)．
A．这个电阻阻值很小，估量只有几欧姆
B．这个电阻阻值很大，估量有几千欧姆
C．如需进一步测量可换“×1”挡，调零后测量
D．如需进一步测量可换“×1 k”挡，调零后测量
(2)依据粗测的推断，设计一个测量电路，要求测量尽量精确 并使电路能耗较小，画出试验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁．
解析 (1)由于电表指针几乎满偏，故可知所测电阻很小，只有几欧姆，所以选项A正确、B错误；依据欧姆表的特点，若要进一步精确测量，应换用小倍率，并重新进行欧姆调零，所以选项C正确、D错误；
(2)依据伏安法测电阻原理和串、并联电路规律，可将一个电流表串联电阻R1后改装成电压表测量电压，另一个电流表并联R2后改装成电流表测量电流，题目要求能耗较小，故变阻器接受限流式，所以电路设计如下图所示：
答案 (1)AC (2)见解析
3．某同学通过试验测定一个阻值约为5 Ω的电阻Rx的阻值．
(1)现有电源(4 V，内阻可不计)，滑动变阻器(0～50 Ω，额定电流2 A)，开关和导线若干，以及下列电表
A．电流表(0～3 A，内阻约0.025 Ω)
B．电流表(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)
C．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)
D．电压表(0～15 V，内阻约15 kΩ)
为减小测量误差，在试验中，电流表应选用________，电压表应选用________(选填器材前的字母)；试验电路应接受图4中的________(选填“甲”或“乙”)．
(2)图5是测Rx的试验器材实物图，图5中已连接了部分导线．请依据在(1)问中所选的电路图，补充完成图4中实物间的连线．
(3)接通开关，转变滑动变阻器滑片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5所示，可得该电阻的测量值为________Ω(保留两位有效数字)．
图4
图5
图6
解析 (1)由于只给出了一个电源，所以电源必选；估算最大电流：I＝＝A＝0.8 A；依据电表选取原则之一：指针偏转程度(即读数)要超过最大量程的～，以减小偶然误差．故(依据最大电流)电流表应选取B；(依据电源电动势)电压表应选取C；比较被测电阻与电流表的内阻，可知电流表应当外接．或者比较Rx与，＝Ω＝Ω>Rx，故Rx属于小电阻，电流表应当外接．故应选择甲电路．
(2)实物电路连接如图中虚线所示：画出任意两条即可(画出三条则有一条是多余的)．
(3)由题意可知：Rx＝＝Ω＝5.2Ω(据题意要求，保留两位有效数字)．
答案 (1)B C 甲
(2)
(3)5.2
4．有一个额定电压为2.8 V，额定功率约为0.8 W的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线，有下列器材供选用：
A．电压表(0～3 V，内阻6 kΩ)
B．电压表(0～15 V，内阻30 kΩ)
C．电流表(0～3 A，内阻0.1 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻0.5 Ω)
E．滑动变阻器(10 Ω，5 A)
F．滑动变阻器(200 Ω，0.5 A)
G．蓄电池(电动势6 V，内阻不计)
图7
(1)用如图7甲所示的电路进行测量，电压表应选用________，电流表应选用________．滑动变阻器应选用________．(用字母序号表示)
(2)通过试验测得此灯泡的伏安特性曲线如图乙所示．若某次测量中电压表的示数为2.60 V，则灯泡此时的电阻为________Ω，此时的功率为________W(保留两位有效数字)．
(3)若将此灯泡与电动势为6 V、内阻不计的电源相连，要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为________Ω的电阻(保留两位有效数字)．
解析 (1)小灯泡的额定电压为2.8 V，故电压表选用量程为0～3 V的电压表；额定功率约为0.8 W，故小灯泡的额定电流约为0.29 A，电流表应选用量程为0～0.6 A的电流表；在分压式电路中，一般选择最大阻值较小、额定电流较大的滑动变阻器．
(2)图乙的横坐标电压2.60 V对应的纵坐标电流为0.27 A，依据欧姆定律得灯泡的电阻为
RL＝＝ Ω＝9.6 Ω；
此时的功率为P＝UI＝2.60×0.27 W＝0.70 W.
(3)由图乙可知，当灯泡正常发光时回路中的电流为I1＝0.28 A，则电阻两端的电压为UR＝6 V－2.8 V＝3.2 V．依据欧姆定律可知电阻的阻值为R＝＝＝11 Ω.
答案 (1)A D E
(2)9.6 0.70 (3)11
5．(2022·浙江卷，22)小明对2B铅笔芯的导电性能感爱好，于是用伏安法测量其电阻值．
图8
图9
(1)图8是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图7中画出．
(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到U－I图上，如图9所示．在图中，由电流表外接法得到的数据点是用________(填“○”或“×”)表示的．
(3)请你选择一组数据点，在图9上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为________ Ω.
解析 (1)电压表直接测铅笔两端电压，由图象可知电压从0开头，所以滑动变阻器接分压式，如答案图．
(2)因电流表外接法在电压肯定的条件下，测得的电流偏大，其待测阻值偏小，由图知得到的数据点是用“×”表示的．
(3)用“×”连线如图所示，这条直线的斜率k＝＝1.2 Ω.
答案 (1)
(2)“×”
(3)图见解析 1.1～1.3
6．(2022·海南卷，12)用伏安法测量一电池的内阻．已知该待测电池的电动势E约为9 V，内阻约为十欧，允许输出的最大电流为50 mA，可选用的试验器材有：
电压表V1(量程5 V)；
电压表V2(量程10 V)；
电流表A1(量程50 mA)；
电流表A2(量程100 mA)；
滑动变阻器R(最大电阻300 Ω)；
定值电阻R1(阻值为200 Ω，额定功率为 W)；
定值电阻R2(阻值约220 Ω，额定功率为1 W)；
开关S；导线若干．
测量数据如图10坐标纸上U－I图线所示．
图10
(1)在虚线方框内画出合理的电路原理图，并标明所选器材的符号．
(2)在设计的电路中，选择定值电阻的依据是__________________________
_________________________________________________________________.
(3)由U－I图线求得待测电池的内阻为________Ω.
(4)在你设计的电路中，产生系统误差的主要缘由是_____________________
_________________________________________________________________.
解析 (1)该试验通过电源的输出特性曲线计算电源内阻，电源允许输出的最大电流为50 mA，故电流表选择，电源电动势约为9 V，故电压表选择，考虑到电流和功率，爱护电阻选R2.
(2)定值电阻的功率为 W时，通过它的电流为 A＝0.025 A＝25 mA，而电路中的电流会接近50 mA，故应选R1.
(3)U－I图线的斜率表示电源内阻，选择图象中的较远的两点用r＝可求得电源内阻约为51.0 Ω.
(4)该试验中的干路电流应为电流表的读数加上通过电压表的电流，故该试验的系统误差来源为忽视了电压表的分流，从而使干路电流测量值偏小．
答案 (1)
(2)定值电阻在电路中的功率会超过 W，R2的功率满足要求
(3)51.0(49.0～53.0范围内均可)
(4)忽视了电压表的分流
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