资源描述
电学设计性试验的处理
1．一细而均匀的导电材料，截面为同心圆环，如图1所示，此材料长约3 cm，电阻约为100 Ω，已知这种材料的电阻率为ρ.欲测量该样品的内径，但内径太小，无法直接测量．现供应以下试验器材：
A．20分度的游标卡尺；
B．螺旋测微器；
C．电流表A1(量程50 mA，内阻r1＝100 Ω)；
D．电流表A2(量程100 mA，内阻r2约为40 Ω)；
E．滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流2 A)；
F．直流电源E(电动势为12 V，内阻很小)；
G．上述导电材料R2(长约为3 cm，电阻约为100 Ω)；
H．开关一只，导线若干．
请用上述器材设计一个尽可能精确地测量该样品内径d的试验方案，回答下列问题：
(1)用游标卡尺测得该样品的长度如图2所示，其示数L＝________cm，用螺旋测微器测得该样品的外径如图3所示，其示数D＝________mm.
(2)在所给的方框中画出设计的试验电路图，并标明所选择器材的物理量符号．
(3)用已知的物理量和所测得的物理量的符号表示样品的内径d＝________.
解析 (1)由游标卡尺主尺读得30 mm，游标尺上第3条刻度线与主尺刻度线对齐，由游标尺读得3×0.05 mm＝0.15 mm，则该样品的长度L＝30 mm＋
0.15 mm＝30.15 mm＝3.015 cm.螺旋测微器固定刻度上最小刻度为0.5 mm，可动刻度每旋转一圈，测微螺杆前进或后退0.5 mm.由固定刻度读得3 mm，由可动刻度读得0.205 mm.该样品的外径为3 mm＋0.205 mm＝3.205 mm.
(2)接受分压式电路，用已知内阻的电流表A1作为电压表，电流表A2外接可以消退系统误差．电路图如图所示．
(3)由测量时两电流表读数可得待测电阻R2＝I1r1/(I2－I1)．样品横截面积S＝π(D2－d2)/4，由电阻定律可得R2＝ρL/S，联立解得样品的内径d＝.
答案 (1)3.015 3.205 (2)如解析图所示
(3).
2．某电流表的内阻约50 Ω，现要测量其内阻，可选用的器材有：
A．待测电流表(量程2 mA)
B．电压表(量程3 V和15 V)
C．滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω)
D．电阻箱R2(阻值0.1～999.9 Ω)
E．电源E(电动势4 V，内阻很小)
F．开关S及导线若干
图4
(1)请在图4甲中完成试验电路图；
(2)请将图乙的实物连线连接完整；
(3)计算电流表内阻的表达式为：RA＝________，式中各符合的物理意义：______________________________________________________________.
解析 电流表满偏电压约0.1 V，电压表3 V的量程远大于0.1 V，若直接用电压表测量电流表的电压，由于示数大小，偶然误差对测量结果影响很大．把电流表与电阻箱串联，用电压表测其串联后的总电压，可以增大电压表的读数以减小偶然误差的影响，则电流表内阻rA＝－R2，U是电压表的读数，I是电流表的读数，R2是电阻箱的电阻．由于滑动变阻器总阻值只有10 Ω，因此接受分压电路供电．
答案 (1)如图甲
(2)如图乙
(3)－R2 U是电压表的读数，I是电流表的读数，R2是电阻箱的电阻
3．某试验探究小组为了测定滑动变阻器上金属丝的电阻率，除待测滑动变阻器Rx(总阻值约25 Ω)外，在试验室还找到了下列器材．
A．同学电源，有三个输出端，分别是：沟通输出(可输出电压2 V、4 V、6 V、8 V、10 V，额定电流1 A)，直流输出(可输出电压约2 V、4 V、6 V、8 V、10 V，额定电流1 A)，直流稳压(电压6 V，额定电流0.6 A)
B．电流表A1(0～0.6 A～3 A，内阻约1 Ω、0.5 Ω)
C．电流表A2(0～100 mA，内阻约10 Ω)
D．电压表V(0～3 V～15 V，内阻约1 kΩ、3 kΩ)
E．螺旋测微器
F．电阻箱R1(0～999.9 Ω，1 A)
G．电阻箱R2(0～9 999 Ω，1 A)
H．单刀双掷开关S一只
(1)选择适当的器材，设计一个电路，要求能较精确 地测出Rx和电流表内阻的值，在虚线框内画出电路图，并标明所选同学电源的输出端、器材代号和电表量程．
(2)用螺旋测微器测得滑动变阻器瓷管直径为d1，绕有金属丝部分的直径为d2，则金属丝的半径为r＝________；金属丝共N匝，则其长度为L＝________.
(3)依据你的设计，简要说明试验步骤，写出Rx和电流表内阻RA的表达式：
A．________________________________________________________________________；
B．________________________________________________________________________；
C．Rx＝________，RA＝________.
解析 (1)使用同学电源稳压输出，输出电压稳定，可以不用电压表测电压，以消退因电压表的接入带来的系统误差，电路简洁，操作便利．由于电流表内阻未知，因此试验就同时考虑怎样测电流表内阻，用单刀双掷开关把握待测电阻的接入，要精确 测定电流表内阻，必需选用电阻箱R1串入，保证电流不超过电流表量程，且内阻测量误差小．不接入电阻箱时回路总电流I0＝＝0.17 A，因此电流表选择A2，电路如图所示．
(2)r＝；L＝Nπ(由于d1、d2差别很小，金属丝长度可为Nπd1或Nπd2)．
(3)A.S接1，调整R1＝R，使电流表有适当的读数I，则RA＝－R；
B．S接2，调整R1＝R′，使电流表恢复读数I.I＝，I＝，所以Rx＝R－R′.
答案 (1)试验电路如解析图所示 (2) Nπ (3)A.S接1，调整R1＝R，使电流表有适当的读数I B．S接2，调整R1＝R′，使电流表恢复读数I C．R－R′ －R
4．某同学为了争辩“3 V,0.3 W”的小灯泡L从较低温度到正常发光过程中的电阻状况．设计了如下器材：
电流表A1(量程400 mA，内阻r1＝5 Ω)；
电流表A2(量程600 mA，内阻r2约为1 Ω)；
电压表V(量程15 V，内阻约为3 kΩ)；
定值电阻R0(5 Ω)；
滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流为1 A)；
滑动变阻器R2(0～250 Ω，额定电流为0.3 A)；
电源E(电动势3 V，内阻较小)；
开关一个，导线若干．
(1)从以上给定的器材中选择恰当的器材．在虚线框内画出试验电路原理图，并在图中标出所用仪器的代号．
(2)依据设计的方案，将图5中的器材连成符合要求的电路(有个别仪器可能不用)．
图5
(3)闭合开关S，移动滑片P，使________时，可知灯泡正常发光，此时灯泡的电阻为________(用测量的物理量表示)．
解析 测电阻的基本方法是伏安法，但由于小灯泡的额定电压为3 V，比电压表的量程小得多，故无法用电压表测电压．可设计让定值电阻R0与A1串联，改装成一个适当量程的电压表，然后用A2测量小灯泡和改装电表并联后的总电流，这样通过两表的示数就可以知道通过小灯泡的电流为I2－I1，小灯泡两端的电压为I1(R0＋r1)，故小灯泡的电阻为RL＝.
试验要求测量小灯泡L从较低温度到正常发光过程中的电阻状况，即要求电压从0开头调整，故滑动变阻器应选用分压式接法．由于滑动变阻器R2阻值太大，所以滑动变阻器选R1；小灯泡正常发光时电压为3 V，对应电流表读数为I1＝＝0.3 A＝300 mA.则电路原理图如图甲所示，实物连接图如图乙所示．
故A1的示数为300 mA时，灯泡正常发光，此时RL＝，式中I2为A1表示数为300 mA时，电流表A2的读数，故I1＝300 mA.
答案 (1)、(2)见解析图 (3)A1的示数为300 mA
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
