PAGE專題強化練(十三)電學實驗綜合(40分鐘40分)1.(6分)(2023·合肥模擬)飛飛同學在做“測量金屬絲的電阻率”的實驗時,設計了如圖甲所示的電路進行實驗,所使用的器材有:電源E(電動勢為3V,內阻為r);電流表A(量程為0~0.6A,內阻為1Ω);電阻箱R(0~99.99Ω);金屬絲;開關K;導線若干。(1)他先用螺旋測微器對金屬絲的直徑進行了測量,如圖乙所示,該金屬絲的直徑為________mm。

(2)他連接好電路,將金屬絲接入電路中的長度和電阻箱均調到一個較大的值,閉合開關K,記錄下電流表讀數和金屬絲接入電路中的長度。保持電阻箱阻值不變,多次改變并記錄金屬絲接入電路中的長度L,并同時記錄相對應的電流表讀數I。利用實驗中記錄的數據,描繪出1I-L圖像。由圖丙可得該金屬絲的電阻率為________(計算結果保留2位有效數字)。(3)若已知實驗中電阻箱接入電路中的電阻為2.00Ω,則所用電源內阻為________Ω。

(4)若實驗所用電源因為長期使用,電動勢略有下降,則因此得出的金屬絲電阻率比真實值________(選填“偏大”“偏小”或“相同”)。

2.(8分)有一根細而均勻的圓柱體導體棒樣品(如圖1),電阻約為100Ω,為了測量其電阻率ρ,現提供以下實驗器材:10分度的游標卡尺、螺旋測微器,電流表A1(量程50mA,內阻r1為100Ω);電流表A2(量程100mA,內阻r2約為40Ω);電流表A3(量程1A,內阻r3約為0.1Ω);滑動變阻器R(20Ω,額定電流1A)、直流電源E(12V,內阻不計)、圓柱體導體棒樣品Rx、開關一只、導線若干。(1)用游標卡尺測得該樣品的長度如圖2所示,其示數L=________cm;用螺旋測微器測得該樣品的直徑如圖3所示,其示數D=________mm。

(2)為了盡可能精確地測量樣品電阻Rx,電路原理圖如圖4所示,圖中甲電流表應選________;乙電流表應選________。(均選填“A1”“A2”或“A3”)

(3)閉合開關,測量出需要測量的物理量是____________。

(4)根據(1)(3)步測量的數據字母,表示出電阻率ρ=________。

3.(8分)(2023·石家莊模擬)某同學利用實驗室現有器材,設計了一個測量電阻阻值的實驗。測量電路如圖所示,實驗器材如下:電池組E(電動勢為9V,內阻較小可忽略不計);電壓表V1(量程為0~6V,內阻為3000Ω);電壓表V2(量程為0~10V,內阻為5000Ω);定值電阻R0(阻值為5000Ω);滑動變阻器R(最大阻值為3000Ω);待測電阻Rx;單刀單擲開關S1,單刀雙擲開關S2,導線若干。(1)斷開開關,將滑動變阻器R的滑片移到阻值最大的一端,按照電路圖連接電路。閉合開關S1,單刀雙擲開關S2接1,移動滑動變阻器的滑片,使電壓表指針指在滿刻度的12處。該同學選擇的電壓表為________(選填“V1”或“V2”);此時滑動變阻器接入電路的阻值應為________Ω。(2)保持滑動變阻器的阻值不變,單刀雙擲開關S2接2,電壓表指針指在滿刻度的35處,則Rx的測量值為________Ω。(3)本實驗中,未考慮電池組的內阻,這對Rx的測量值________(選填“有”或“無”)影響。

4.(9分)某興趣小組研究熱敏電阻在通以恒定電流時,其阻值隨溫度的變化關系。實驗電路如圖所示,實驗設定恒定電流為50.0μA,主要實驗器材有:恒壓直流電源E、加熱器、測溫儀、熱敏電阻RT、可變電阻R1、電流表A、電壓表V。(1)用加熱器調節RT的溫度后,為使電流表的示數仍為50.0μA,須調節___________(選填一種給定的實驗器材)。當RT兩端未連接電壓表時,電流表示數為50.0μA;連接電壓表后,電流表示數顯著增大,須將原電壓表更換為內阻____________(選填“遠大于”“接近”或“遠小于”)RT阻值的電壓表。

(2)測得RT兩端的電壓隨溫度的變化如圖所示,由圖可得溫度從35.0℃變化到40.0℃的過程中,RT的阻值隨溫度的平均變化率是________kΩ·℃-1(保留2位有效數字)。

5.(9分)為了節能和環保,一些公共場所用光控開關控制照明系統,光控開關可用光敏電阻控制,如圖甲所示是某光敏電阻阻值隨光的照度變化曲線,照度可以反映光的強弱,光越強照度越大,照度單位為:勒克斯(lx)。(1)如圖乙所示,電源電動勢為3V,內阻不計,當控制開關兩端電壓上升至2V時,控制開關自動啟動照明系統。要求當天色漸暗照度降至1.0lx時控制開關接通照明系統,則R1=________kΩ。

(2)某同學為了測量光敏電阻在不同照度下的阻值,設計了如圖丙所示的電路進行測量,電源(E=3V,內阻未知),電阻箱(0~99999Ω)。實驗時將電阻箱阻值調至最大,閉合S1,將S2與1相連,減小電阻箱阻值,使靈敏電流計的示數為I,圖丁為實驗時電阻箱的阻值,其讀數為________kΩ;然后將S2與2相連,調節電阻箱的阻值如圖戊所示,此時電流表的示數恰好為I,則光敏電阻的阻值為______kΩ(結果均保留3位有效數字)。

解析版1.(6分)(2023·合肥模擬)飛飛同學在做“測量金屬絲的電阻率”的實驗時,設計了如圖甲所示的電路進行實驗,所使用的器材有:電源E(電動勢為3V,內阻為r);電流表A(量程為0~0.6A,內阻為1Ω);電阻箱R(0~99.99Ω);金屬絲;開關K;導線若干。(1)他先用螺旋測微器對金屬絲的直徑進行了測量,如圖乙所示,該金屬絲的直徑為________mm。

(2)他連接好電路,將金屬絲接入電路中的長度和電阻箱均調到一個較大的值,閉合開關K,記錄下電流表讀數和金屬絲接入電路中的長度。保持電阻箱阻值不變,多次改變并記錄金屬絲接入電路中的長度L,并同時記錄相對應的電流表讀數I。利用實驗中記錄的數據,描繪出1I-L圖像。由圖丙可得該金屬絲的電阻率為________(計算結果保留2位有效數字)。(3)若已知實驗中電阻箱接入電路中的電阻為2.00Ω,則所用電源內阻為________Ω。

(4)若實驗所用電源因為長期使用,電動勢略有下降,則因此得出的金屬絲電阻率比真實值________(選填“偏大”“偏小”或“相同”)。

【解析】(1)金屬絲的直徑為d=2mm+0.01×0.0mm=2.000mm。(2)由圖丙知,當1I1=1.2A-1,L1=0時,由閉合回路可得EI1=R+RA+r,解得R+r=2.2.2A-1,L2=0.6m時,由閉合回路可得EI2=R+RA+r+Rx,解得Rx=3Ω,又Rx=ρL2π(d2(3)由(2)分析可知R+r=2.6Ω,則r=0.60Ω(4)由(2)分析可知EI2=EI1+Rx,解得Rx=(I1-I2)EI1I2,電源因為長期使用,電動勢略有下降,則計算時答案:(1)2.000(2)1.6×10-5Ω·m(3)0.60(4)偏大2.(8分)有一根細而均勻的圓柱體導體棒樣品(如圖1),電阻約為100Ω,為了測量其電阻率ρ,現提供以下實驗器材:10分度的游標卡尺、螺旋測微器,電流表A1(量程50mA,內阻r1為100Ω);電流表A2(量程100mA,內阻r2約為40Ω);電流表A3(量程1A,內阻r3約為0.1Ω);滑動變阻器R(20Ω,額定電流1A)、直流電源E(12V,內阻不計)、圓柱體導體棒樣品Rx、開關一只、導線若干。(1)用游標卡尺測得該樣品的長度如圖2所示,其示數L=________cm;用螺旋測微器測得該樣品的直徑如圖3所示,其示數D=________mm。

(2)為了盡可能精確地測量樣品電阻Rx,電路原理圖如圖4所示,圖中甲電流表應選________;乙電流表應選________。(均選填“A1”“A2”或“A3”)

(3)閉合開關,測量出需要測量的物理量是____________。

(4)根據(1)(3)步測量的數據字母,表示出電阻率ρ=________。

【解析】(1)根據游標卡尺的讀數規則有6cm+5×0.1mm=6.05cm。根據螺旋測微器的讀數法則有3.5mm+13.0×0.01mm=3.630mm。(2)實驗器材中沒有電壓表,可以用已知內阻的電流表A1與待測電阻并聯測電壓,即電流表甲選擇A1;乙電流表若選擇A3則量程過大,則應選A2。(3)需要測量的物理量是電流表A1的讀數I1,電流表A2的讀數I2。(4)由電阻定律可知Rx=ρLS=ρL由歐姆定律可知待測電阻阻值Rx=I1聯立解得電阻率ρ=πI答案:(1)6.053.630(2)A1A2(3)電流表A1的讀數I1,電流表A2的讀數I2(4)π3.(8分)(2023·石家莊模擬)某同學利用實驗室現有器材,設計了一個測量電阻阻值的實驗。測量電路如圖所示,實驗器材如下:電池組E(電動勢為9V,內阻較小可忽略不計);電壓表V1(量程為0~6V,內阻為3000Ω);電壓表V2(量程為0~10V,內阻為5000Ω);定值電阻R0(阻值為5000Ω);滑動變阻器R(最大阻值為3000Ω);待測電阻Rx;單刀單擲開關S1,單刀雙擲開關S2,導線若干。(1)斷開開關,將滑動變阻器R的滑片移到阻值最大的一端,按照電路圖連接電路。閉合開關S1,單刀雙擲開關S2接1,移動滑動變阻器的滑片,使電壓表指針指在滿刻度的12處。該同學選擇的電壓表為________(選填“V1”或“V2”);此時滑動變阻器接入電路的阻值應為________Ω。(2)保持滑動變阻器的阻值不變,單刀雙擲開關S2接2,電壓表指針指在滿刻度的35處,則Rx的測量值為________Ω。(3)本實驗中,未考慮電池組的內阻,這對Rx的測量值________(選填“有”或“無”)影響。

【解析】(1)單刀雙擲開關S2接1,電壓表指針指在滿刻度的12處,若選擇的電壓表為V1,則電壓表示數為3V,電壓表V1與R0并聯的等效電阻R1=R0RV1R0+RV1=150008Ω,由串聯電路規律,大于滑動變阻器R的最大阻值3000Ω;若選擇的電壓表為V2,則電壓表示數為5V,電壓表V2與R0并聯的等效電阻R2=R0RV2R0+RV2解得R接入電路的阻值R'=2000Ω,小于滑動變阻器R的最大阻值3000Ω,所以該同學選擇的電壓表為V2。(2)單刀雙擲開關S2接2,電壓表指針指在滿刻度的35處,電壓表示數U3=6V由串聯電路規律,有U3R3=E-U3R',解得R3=4000Ω,由R(3)根據上述運算可知,可以把電池內阻與滑動變阻器的電阻合在一起考慮,因此本實驗未考慮電池內阻,這對Rx的測量值無影響。答案:(1)V22000(2)20000(3)無4.(9分)某興趣小組研究熱敏電阻在通以恒定電流時,其阻值隨溫度的變化關系。實驗電路如圖所示,實驗設定恒定電流為50.0μA,主要實驗器材有:恒壓直流電源E、加熱器、測溫儀、熱敏電阻RT、可變電阻R1、電流表A、電壓表V。(1)用加熱器調節RT的溫度后,為使電流表的示數仍為50.0μA,須調節___________(選填一種給定的實驗器材)。當RT兩端未連接電壓表時,電流表示數為50.0μA;連接電壓表后,電流表示數顯著增大,須將原電壓表更換為內阻____________(選填“遠大于”“接近”或“遠小于”)RT阻值的電壓表。

(2)測得RT兩端的電壓隨溫度的變化如圖所示,由圖可得溫度從35.0℃變化到40.0℃的過程中,RT的阻值隨溫度的平均變化率是________kΩ·℃-1(保留2位有效數字)。

【解析】(1)由題知恒壓直流電源E的電動勢不變,而用加熱器調節RT的溫度后,導致整個回路的總電阻改變。而要確保電流表的示數仍為50.0μA,則需控制整個回路的總電阻不變,故須調節可變電阻R1。連接電壓表后,電流表示數顯著增大,則說明電壓表與RT并聯后R總減小,則根據并聯電阻的關系有R總=RTRVRT+RV=RTR(2)實驗設定恒定電流為50.0μA,由題圖可得溫度為35.0℃時電壓表的電壓為1.6V,則根據歐姆定律可知此時熱敏電阻RT1=32kΩ;溫度為40.0℃時電壓表的電壓為1.3V,則根據歐姆定律可知此時熱敏電阻RT2=26kΩ,則溫度從35.0℃變化到40.0℃的過程中,RT的阻值隨溫度的平均變化率是k=ΔRTΔt=-1.2kΩ·℃-1,答案:(1)可變電阻R1遠大于(2)-1.25.(9分)為了節能和環保,一些公共場所用光控開關控制照明系統,光控開關可用光敏電阻控制,如圖甲所示是某光敏電阻阻值隨光的照度變化曲線,照度可以反映光的強弱,光越強照度越大,照度單位為:勒克斯(lx)。(1)如圖乙所示,電源電動勢為3V,內阻不計,當控制開關兩端電壓上升至2V時,控制開關自動啟動照明系統。要求當天色漸暗照度降至1.0lx時控制開關接通照明系統,則R1=________kΩ。

(2)某同學為了測量光敏電阻在不同照度下的阻值,設計了如圖丙所示的電路進行測量,電源(E=3V,內阻未知),電阻箱(0~99999Ω)。實驗時將電阻箱阻值調至最大,閉合S1,將S2與1相連,減小電阻箱阻值,使靈敏電流計的示數為I,圖丁為實驗時電阻箱