熱點15電學基礎實驗熱考題型“電阻的測量”是高中教材中一個重要的學生實驗,一直是高考物理實驗考查的熱點。電阻的測量實驗能全面考查電學中電壓表、電流表的使用與讀數,歐姆表的原理及應用,電路的選擇,實驗方法的選擇,實驗數據的處理方法等。雖然該實驗題目年年翻新,角度也經常變化,但實驗試題中涉及的基本知識和實驗技能的要求仍然立足于教材實驗,即運用已學過的原理解決新的問題。題型一測電阻或金屬的電阻率1.一細而均勻的導電材料,截面為同心圓環,如圖a所示,此材料長約3cm,電阻約為100,已知這種材料的電阻率為。欲測量該樣品的內徑,但內徑太小,無法直接測量。現提供以下實驗器材:A.20分度的游標卡尺;B.螺旋測微器;C.電流表A1(量程050mA,內阻r1=100);D.電流表A2(量程0100mA,內阻r2約為40);E.滑動變阻器R(010,額定電流2A);F.直流電源E(電動勢為12V,內阻很小);G.上述導電材料R2(長約為3cm,電阻約為100);H.開關一只,導線若干。 請用上述器材設計一個盡可能精確地測量該樣品內徑d的實驗方案,回答下列問題:(1)用游標卡尺測得該樣品的長度如圖b所示,其示數L=cm,用螺旋測微器測得該樣品的外徑如圖c所示,其示數D=mm。(2)在所給的方框中畫出設計的實驗電路圖,并標明所選擇器材的物理量符號。(3)用已知的物理量和所測得的物理量的符號表示樣品的內徑d=。答案(1)3.0153.205(2)圖見解析(3)D2-4L(I2-I1)I1r1解析(1)由游標卡尺主尺讀得30mm,游標尺上第3條刻度線與主尺刻度線對齊,則該樣品的長度L=30mm+0.15mm=30.15mm=3.015cm。螺旋測微器固定刻度上分度值為0.5mm,可動刻度每旋轉一圈,測微螺桿前進或后退0.5mm,由固定刻度讀得3mm,由可動刻度讀得0.205mm,該樣品的外徑為3mm+0.205mm=3.205mm。(2)采用分壓式電路,用已知內阻的電流表A1作為電壓表,電流表A2外接可以消除系統誤差。電路圖如圖所示。(3)由測量時兩電流表讀數可得待測電阻R2=I1r1I2-I1。樣品橫截面積S=(D2-d2)4,由電阻定律可得R2=LS,聯立解得樣品的內徑d=D2-4L(I2-I1)I1r1。題型二測電源的電動勢和內阻2.某研究性學習小組欲測定一塊電池的電動勢E。(1)先直接用多用電表測定該電池電動勢。在操作無誤的情況下,多用電表表盤示數如圖所示,其示數為V。(2)然后,用電壓表V、電阻箱R、定值電阻R0、開關S、若干導線和該電池組成電路,測定該電池電動勢。(i)根據電路圖,用筆畫線代替導線,將實物圖連接成完整電路。甲乙(ii)閉合開關S,調整電阻箱阻值R,讀出電壓表V相應示數U。該學習小組測出大量數據,分析篩選出下表所示的R、U數據,并計算出相應的1R與1U的值。請用表中數據在圖上描點,并作出1U-1R圖線。R()166.771.450.033.325.020.0U(V)8.35.94.84.23.22.91R(10-2-1)0.601.402.003.004.005.001U(V-1)0.120.170.210.240.310.34(iii)從圖線中可求得E=V。答案見解析解析(1)多用電表選用“010V”電壓擋,示數為9.4V。(2)(i)連線如圖所示。(ii)作圖線如圖所示。(iii)由閉合電路歐姆定律得E=U+UR(r+R0),變形得1U=1E+r+R0E1R,從該式可看出在1U-1R圖像中,縱軸的截距即1E,所以E=10.0V(9.511.1V均正確)。跟蹤集訓1.在“測定金屬絲的電阻率”的實驗中,待測金屬絲的電阻Rx約為4。(1)實驗室提供了3V的電源和量程為100mA、內阻為10的電流表,出于安全考慮,要將其改裝成量程為0.6A的電流表,則在改裝時應將阻值為R0=的電阻與量程為100mA的電流表并聯。(2)為了精確測量該金屬絲的電阻,某同學設計出如圖1所示的實驗電路圖,請按照該電路圖完成圖2中的實物連接。圖1圖2(3)該同學正確連接好電路,進行實驗測量后作出了電壓表和電流表示數的U-I圖線如圖3所示。若該金屬絲的長度為50cm,金屬絲的直徑為0.680mm,結合圖3可得出金屬絲的電阻率應為m(結果保留兩位有效數字)。圖3答案(1)2(2)如圖所示(3)3.610-6解析(1)由并聯規律可得IgRg=R0(0.6A-Ig),代入數據可得R0=IgRg0.6A-Ig=0.1100.6-0.1=2。(2)見答案。(3)由題圖及題意可知,該金屬絲的阻值為5,由電阻定律R=LS可得=RSL=d2R4L,代入數據可得3.610-6m。2.實驗室備有以下器材:電壓傳感器、電流傳感器、滑動變阻器R1(阻值變化范圍020)、滑動變阻器R2(阻值變化范圍01000)、電動勢適當的電源、小燈泡(4V,2W)、開關、導線若干。(1)要完整地描繪小燈泡的U-I曲線,請在方框中畫出實驗電路圖,并標出所用滑動變阻器的符號。(2)實驗中描繪出的小燈泡U-I曲線如圖甲所示,由圖可知,小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而(填“增大”“減小”或“不變”)。甲(3)如果用上述器材測量所給電源的電動勢和內電阻,實驗電路如圖乙所示,圖中R0是阻值為9的保護電阻,實驗中測得多組數據并記錄在下表中,試在圖甲中畫出等效電源的U-I圖像,由圖像可求出電源自身內阻約為。序號123456U/V4.003.402.802.001.500.80I/A0.200.250.330.400.460.52(4)若將上述小燈泡直接與電源和保護電阻組成串聯電路,如圖丙所示,此時小燈泡消耗的電功率約為W。答案(1)圖見解析(2)增大(3)圖見解析1(4)0.82解析(1)描繪燈泡的伏安特性曲線,電壓與電流應從零開始變化,滑動變壓器要采用分壓式接法,由于燈泡的阻值較小,電流傳感器應采用外接法,電路圖如圖所示。(2)由題圖甲所示的燈泡的U-I圖像可知,隨電壓和電流的增大,燈泡的實際功率增大,燈絲溫度升高,電壓與電流的比值增大,由此可知,燈泡燈絲電阻隨溫度升高而增大。