第11講電學實驗1．某同學在實驗室測汽車電熱器的電功率，此電熱器額定電壓為12V．實驗室備有下列器材：A．輸出電壓為16V的學生電源B．量程為0～3A的電流表，內阻約0.1ΩC．量程為0～0.6A的電流表，內阻約0.5ΩD．量程為0～3V的電壓表，內阻約3kΩE．量程為0～15V的電壓表，內阻約15kΩF．0～10Ω，0.5A的滑動變阻器G．0～10Ω，2A的滑動變阻器H．導線，開關該同學測量的數據記錄如下：U/V2.43.05.08.010.012.0I/A0.150.200.300.400.450.50(1)該電熱器的阻值是否恒定不變？答：________(填“是”或“不是”)．(2)合理選擇實驗器材：電流表選________，電壓表選________，滑動變阻器選________．(3)請畫出電路圖．(4)電熱器的額定功率為________．解析(2)因實驗中電熱器最大電壓為12V，最大電流為0.5A，故選擇量程為0～15V的電壓表，量程為0～0.6A的電流表；如果采用滑動變阻器的限流接法，當滑動變阻器阻值調到最大時，電熱器上的電壓仍然會大于2.4V，所以采用分壓式，由于電熱器的最大電流為0.5A，采用分壓式時，滑動變阻器的一部分處在干路，故滑動變阻器承受的最大電流必須大于0.5A，故采用G.(3)由于電熱器的電阻在20Ω左右，eq\f(20,0.5)<eq\f(15×103,20)，故采用電流表外接法，電路圖如圖所示．(4)P＝UI＝12×0.5W＝6W.答案(1)不是(2)CEG(3)如圖所示(4)6W2．在“測定直流電動機的效率”的實驗中，用圖5－11－21甲所示的電路測定一個額定電壓為6V，額定功率為3W的直流電動機的機械效率．①根據電路圖在圖乙中完成實物圖的連線；圖5－11－21②實驗中保持電動機兩端電壓U恒為6V，重物每次勻速上升的高度h均為1.5m，所測物理量及測量結果如下表所示：實驗次數12345電動機的電流I/A0.20.40.60.82.5所提重物的重力mg/N0.82.04.06.06.5重物上升時間t/s1.41.652.12.7重物不運動計算電動機效率η的表達式為________(用符號表示)，前4次實驗中電動機工作效率的平均值為________．③在第5次實驗中，電動機的輸出功率是________，可估算出電動機線圈的電阻為________Ω.解析由題意可知效率η＝eq\f(mgh,UIt)×100%.在第五次實驗中，重物不運動，因此電動機對外做功為0，電動機輸出功率為0，此時電壓全部加在了內阻上，可得內阻為2.4Ω.答案①如圖②eq\f(mgh,UIt)×100%74%③02.43．一實驗小組準備探究某種元件Q的伏安特性曲線，他們設計了如圖5－11－22甲所示的電路圖．請回答下列問題：圖5－11－22(1)請將圖乙中的實物連線按電路圖補充完整．(2)考慮電表內阻的影響，該元件電阻的測量值________(填“大于”、“等于”或“小于”)真實值．(3)閉合開關S，電流表、電壓表均有示數，但無論怎樣移動變阻器滑片，總不能將電壓表的示數調為零．原因可能是圖乙中的________(填“a”、“b”、“c”、“d”、“e”或“f”)處接觸不良．(4)實驗測得表格中的7組數據．請在坐標紙上作出該元件的I－U圖線.序號電壓/V電流/A10020.400.0230.800.0541.200.1251.600.2062.000.3172.400.44(5)為了求元件Q在I－U圖線上某點的電阻，甲同學利用該點的坐標I、U，由R＝eq\f(U,I)求得．乙同學作出該點的切線，求出切線的斜率k，由R＝eq\f(1,k)求得．其中________(填“甲”或“乙”)同學的方法正確．解析(1)由電路圖可知，電流表為外接法，滑動變阻器為分壓式接法．(2)由電流表外接的特點可知，該元件的測量值小于其真實值．(3)當圖中的f處接觸不良時，控制電路由分壓式變為限流式，故無法將電壓表的示數調為零．(4)根據表中的數據，先描點，再利用平滑的曲線連接起來．(5)I－U圖線上切線(即斜率)可反映電阻的大小，但不能用來計算電阻的大小，而R＝eq\f(U,I)則可以用來計算電阻的大小．答案(1)如圖所示(2)小于(3)f(4)如圖所示(5)甲4．某實驗小組想通過實驗測定一節干電池的電動勢和內阻，實驗室提供的實驗器材如下：A．待測干電池(電動勢約為1.5V，內阻約為4Ω)B．直流電流表A1(量程0～0.6A，內阻約0.5Ω)C．直流電流表A2(量程0～3A，內阻約0.1Ω)D．電壓表V1(量程0～2V，內阻約為2000Ω)E．電壓表V2(量程0～6V，內阻約為6000Ω)F．滑動變阻器R1(最大電阻20Ω，額定電流2A)G．滑動變阻器R2(最大電阻200Ω，額定電流1A)H．電阻箱R3(最大電阻99.9Ω，額定電流1A)I．開關、導線若干(1)若用伏安法測電源的電動勢和內阻，要求測量有盡可能高的精確度且便于調節，應選擇的電流表是________，電壓表是________，滑動變阻器是________(填代號)．(2)請將圖5－11－23甲中實物連接成實驗電路．圖5－11－23(3)若用伏安法測電源電動勢和內阻時，電流表出了故障，實驗小組如想方便且能較準確地進行測量，需將實驗進行改進，只需去掉電流表，將上述器材中的________換成________即可(填寫器材前面的字母)．(4)請畫出改進后的實驗電路圖．(5)實驗小組在改進后的實驗中得到了多組路端電壓和外電阻的數據，對所得數據進行處理后，在坐標紙上作出了如圖乙所示圖線．由圖線得出：干電池的電動勢E＝________V，內阻r＝________Ω.(結果保留兩位有效數字)解析(1)干電池通過的電流不超過0.5A，因此電流表選用B；由于電池的電動勢約為1.5V，因此電壓表選用量程為2V的D；由于滑動變阻器起限流作用，要起到明顯的調節作用，只要選用最大阻值與電池內阻差不多的滑動變阻器F即可．(5)由E＝U＋eq\f(U,R)r得eq\f(1,R)＝eq\f(E,r)·eq\f(1,U)－eq\f(1,r)，根據截距和斜率可求得r＝3.3Ω，電動勢E＝1.4V.答案(1)BDF(2)如圖所示(3)FH(4)如圖所示(5)1.43.35．[·重慶卷，6(2)]某同學對有故障的電熱毯進行探究．圖5－11－24甲是電熱毯的電路示意圖，其中電熱線和導線通過金屬接線片連接．圖乙為測試電路實物圖，A、B為測試表筆，電壓表內阻很大，可視為理想電表．甲乙丙圖5－11－24①請在下面虛線框內畫出與圖乙對應的電路圖．②斷開K1，用上述測試電路在1和1′之間檢測得知電熱線無故障，然后測得電熱線的U－I曲線如圖丙所示，已知電熱線材料的電阻率為2.8×10－7Ω·m，電熱線的直徑為0.200mm.可求得此電熱線的電阻為________kΩ，總長度為________m．(結果均保留兩位有效數字)③為了進一步檢查故障，該同學閉合開關K1和K2，用表筆A和B分別對圖甲中所示的各點進行測試，部分測試結果如下表所示．由此測試結果可判斷出電路有斷路，位置在________之間(在“1和2”、“1′和2′”、“2和3”、“2′和3′”中選填一項).測試點3和3′1和1′1和31和2′2′和3′電表指針有無偏轉電壓表有有無有無電流表無有有無有解析①電路圖如圖：②由題圖可求R＝eq\f(U,I)＝eq\f(ΔU,ΔI)，由圖線斜率可求得R＝0.58kΩ(0.57～0.59均可)，由R＝ρeq\f(l,S)，可得l＝65m(64～66均可)．③由題表可知，1′和2′之間，電壓表有示數，電流表示數為零，說明其間有斷路．答案①見解析圖②0.58(0.57～0.59之間)65(64～66均可)③1′和2′6．[·山東卷，21(2)]霍爾效應是電磁基本現象之一，近期我國科學家在該領域的實驗研究上取得了突破性進展．如圖5－11－25所示，在一矩形半導體薄片的P、Q間通入電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，在M、N間出現電壓UH，這個現象稱為霍爾效應，UH為霍爾電壓，且滿足UH＝keq\f(IB,d)，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數．某同學通過實驗來測定該半導體薄片的霍爾系數．圖5－11－25①若該半導體材料是空穴(可視為帶正電粒子)導電，電流與磁場方向如圖5－11－25所示，該同學用電壓表測量UH時，應將電壓表的“＋”接線柱與________(填“M”或“N”)端通過導線連接．②已知薄片厚度d＝0.40mm，該同學保持磁感應強度B＝0.10T不變，改變電流I的大小，測量相應的UH值，記錄數據如下表所示.I(×10－3A3.06.09.012.015.018.0UH(×10－3V)1.11.93.44.56.26.8根據表中數據在給定坐標紙上畫出UH－I圖線，利用圖線求出該材料的霍爾系數為________×10－3V·m·A－1·T－1(保留2位有效數字)．③該同學查閱資料發現，使半導體薄片中的電流反向再次測量，取兩個方向測量的平均值，可以減小霍爾系數的測量誤差，為此該同學設計了如圖5－11－26所示的測量電路．S1、S2均為單刀雙擲開關，虛線框內為半導體薄片(未畫出)．為使電流自Q端流入，P端流出，應將S1擲向________(填“a”或“b”)，S2擲向________(填“c”或“d”)．為了保證測量安全，該同學改進了測量電路，將一合適的定值電阻串接在電路中．在保持其它連接不變的情況下，該定值電阻應串接在相鄰器件________和________(填器件代號)之間．圖5－11－26解析①當帶正電的粒子通過磁場時，根據左手定則可知，正粒子受到向左的洛倫茲力，正粒子向M側匯聚，M電勢高，電壓表的“＋”接線柱