第19講電學實驗

第19講電學實驗核心考點考情統(tǒng)計情境圖示電學基本器材的使用和讀數(shù)2021·福建卷,112021·浙江6月卷,19以測電阻為核心的電學實驗2023·全國乙卷,232023·遼寧卷,12續(xù)表核心考點考情統(tǒng)計情境圖示以測電阻為核心的電學實驗2022·全國甲卷,222022·廣東卷,122022·山東卷,142021·全國甲卷,23續(xù)表核心考點考情統(tǒng)計情境圖示以測電源電動勢為核心的電學實驗2023·湖北卷,122021·湖南卷,12其他電學實驗2023·全國新課標卷,222022·湖南卷,12續(xù)表核心考點考情統(tǒng)計情境圖示電學實驗創(chuàng)新2023·山東卷,142023·湖南卷,122022·河北卷,122021·廣東卷,12核心考點一電學基本器材的使用和讀數(shù)1.電流表和電壓表的讀數(shù)和選用(1)電表讀數(shù)。量程精確度讀數(shù)規(guī)則電流表0～3A0.1A與刻度尺一樣,采用110電壓表0～3V0.1V電流表0～0.6A0.02A估讀位與最小刻度在同一位,采用12電壓表0～15V0.5V估讀位與最小刻度在同一位,采用15(2)電表的選用。根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程,然后合理選擇量程,務必使指針有較大偏轉(一般取滿偏的122.多用電表的使用(1)使用多用電表時,不管測量什么,電流都要從電表的“+”插孔(紅表筆)流入電表,從“”插孔(黑表筆)流出電表,即“紅入黑出”。(2)測電阻時每變換一次擋位,都要重新進行歐姆調(diào)零。(3)歐姆擋的讀數(shù)。①為了減小讀數(shù)誤差,指針應指在表盤中央刻度附近;②電阻值等于指針示數(shù)與所選倍率的乘積。3.電表的“三用”如果知道電表的內(nèi)阻,電流表、電壓表就既可以測電流,也可以測電壓,還可以作為定值電阻來用,即“一表三用”。(2021·福建卷,11)某實驗小組使用多用電表和螺旋測微器測量一長度為80.00cm電阻絲的電阻率,該電阻絲的電阻值約為100～200Ω,材料未知。實驗過程如下:(1)用螺旋測微器測量該電阻絲的直徑,示數(shù)如圖a所示,該電阻絲的直徑為mm。

(2)對多用電表進行機械調(diào)零。(3)將多用電表的選擇開關旋至(選填“×1”“×10”“×100”或“×1k”)倍率的電阻擋。

(4)將黑、紅表筆短接,調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕,使指針指在電阻擋零刻度線。(5)將黑、紅表筆并接在待測電阻絲兩端,多用電表的示數(shù)如圖b所示。該電阻絲的電阻值為Ω。

(6)測量完成之后,將表筆從插孔拔出,并將選擇開關旋到“OFF”位置。(7)實驗測得的該電阻絲電阻率為Ω·m(結果保留3位有效數(shù)字)。

解析:(1)由螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則可知,該電阻絲的直徑為d=1mm+41.6×0.01mm=1.416mm。(3)使用多用電表歐姆擋測電阻時,為了減小誤差,應盡可能使指針偏轉至刻度盤中央附近,由于該電阻絲的阻值在100～200Ω,而表盤中央刻度在15～20左右,所以應選擇“×10”倍率的電阻擋。(5)15～20之間的分度值為1,所以該電阻絲的電阻值為R=16×10Ω=160Ω。(7)根據(jù)電阻定律有R=ρlS=ρ4lπd2,解得該電阻絲的電阻率為ρ=πd2答案:(1)1.416(3)×10(5)160(7)3.15×104(2021·浙江6月卷,19)小李在實驗室測量一電阻Rx的阻值。(1)因電表內(nèi)阻未知,用如圖1所示的電路來判定電流表該內(nèi)接還是外接。正確連線后,合上開關S,將滑動變阻器的滑片P移至合適位置。單刀雙擲開關K擲到1,電壓表的讀數(shù)U1=1.65V,電流表的示數(shù)如圖2所示,其讀數(shù)I1=A;將K擲到2,電壓表和電流表的讀數(shù)分別為U2=1.75V,I2=0.33A。由此可知應采用電流表(選填“內(nèi)”或“外”)接法。

(2)完成上述實驗后,小李進一步嘗試用其他方法進行實驗。①器材間連線如圖3所示,請在虛線框中畫出對應的電路圖。②先將單刀雙擲開關擲到左邊,記錄電流表讀數(shù),再將單刀雙擲開關擲到右邊,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值,使電流表的讀數(shù)與前一次盡量相同,電阻箱的示數(shù)如圖3所示。則待測電阻Rx=Ω。此方法(選填“有”或“無”)明顯的實驗誤差,其理由是。

解析:(1)由電流表的表盤可知電流大小為0.34A,電壓表的百分比變化為η1=1.75電流表的百分比變化為η2=0.34因此可知電壓表的示數(shù)變化更明顯,說明電流表的分壓作用更嚴重,因此不能讓電流表分壓,應采用外接法。(2)①電路圖如圖所示。②兩次實驗中電路電流相同,因此可有I=ERA+r+Rx+R滑=答案:(1)0.34外(2)①圖見解析②5有電阻箱的最小分度與待測電阻阻值比較接近(或其他合理解釋)核心考點二以測電阻為核心的電學實驗1.實驗器材的選擇(1)電源的選擇:一般根據(jù)待測電學元件的額定電流或額定電壓選擇符合需要的直流電源。(2)電表的選擇:一般根據(jù)電源的電動勢或待測電學元件的額定電壓選擇電壓表;根據(jù)待測電學元件能通過的最大電流選擇電流表。電表指針擺動的幅度要盡量大一些,一般應使指針能達到半偏。2.滑動變阻器分壓式與限流式接法的選擇(1)“以小控大用分壓,相差無幾用限流”。①當采用分壓式接法時,一般應選用最大阻值較小、而額定電流較大的滑動變阻器。②當采用限流式接法時,一般應選用最大阻值比待測電阻稍大或差不多的滑動變阻器。(2)必須采用分壓式接法的三種情況。①要求電壓從零開始變化;②滑動變阻器阻值太小,不能起到限流的作用;③限流式接法不能獲取有區(qū)分度的多組數(shù)據(jù)。3.伏安法內(nèi)、外接測電阻(1)簡記:內(nèi)接大,外接小(含義有兩層:大電阻用內(nèi)接,測量值偏大;小電阻用外接,測量值偏小)。(2)大小電阻判斷:若Rx>RARV,為大電阻,用內(nèi)接;若Rx<RAR4.在復習時要掌握測定電阻的常用方法名稱電路測量原理伏安法Rx=UI伏安法消除系統(tǒng)誤差Rx=U2Rx=U活用電表法伏伏法V2內(nèi)阻已知時,Rx=U1U2R安安法A1內(nèi)阻已知時,Rx=I1I等效替代法電源輸出電壓不變,將S合到2,調(diào)節(jié)R1,使電流表的示數(shù)與S合到1時的示數(shù)相等,則Rx=R1電源輸出電壓不變,將S合到b,調(diào)節(jié)R1,使電壓表的示數(shù)與S合到a時的示數(shù)相等,則Rx=R1續(xù)表名稱電路測量原理半偏法閉合S1,斷開S2,調(diào)節(jié)R1使G表指針滿偏;閉合S2,只調(diào)節(jié)R2使G表半偏(R1?Rg),則R2=Rg測使R2=0,閉合S,調(diào)節(jié)R1使V表滿偏;只調(diào)節(jié)R2使V表半偏(RV?R1),則R2=RV測電橋法調(diào)節(jié)電阻箱R3,當A、B兩點的電勢相等時,R1和R3兩端的電壓相等,設為U1,同時R2和Rx兩端的電壓也相等,設為U2,根據(jù)歐姆定律有U1R1=U2R2,U1R3=U2Rx。由以上兩式解得R歐姆表法電路略,注意:①要在指針靠近中央時讀數(shù);②換擋要進行歐姆調(diào)零;③歐姆表刻度左密右疏(2022·全國乙卷,23)一同學探究阻值約為550Ω的待測電阻Rx在0～5mA范圍內(nèi)的伏安特性?？捎闷鞑挠?電壓表(量程為3V,內(nèi)阻很大),電流表(量程為1mA,內(nèi)阻為300Ω),電源E(電動勢約為4V,內(nèi)阻不計),滑動變阻器R(最大阻值可選10Ω或1.5kΩ),定值電阻R0(阻值可選75Ω或150Ω),開關S,導線若干。(1)要求通過Rx的電流可在0～5mA范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),將圖a所示的器材符號連線,畫出實驗電路的原理圖。(2)實驗時,圖a中的R應選最大阻值為(選填“10Ω”或“1.5kΩ”)的滑動變阻器,R0應選阻值為(選填“75Ω”或“150Ω”)的定值電阻。

(3)測量多組數(shù)據(jù)可得Rx的伏安特性曲線。若在某次測量中,電壓表、電流表的示數(shù)分別如圖b和圖c所示,則此時Rx兩端的電壓為V,流過Rx的電流為mA,此組數(shù)據(jù)得到的Rx的阻值為Ω(結果保留3位有效數(shù)字)。

解析:(1)該實驗探究待測電阻Rx在0～5mA范圍內(nèi)的伏安特性,因此滑動變阻器采用分壓式接法,電壓表的內(nèi)阻很大,故可看成理想電壓表,故采用電流表外接法,由于電流表量程太小,故應與一定值電阻并聯(lián)擴大其量程,如圖所示。(2)滑動變阻器R選最大阻值為10Ω的,方便調(diào)節(jié);又因電流表的量程為1mA,內(nèi)阻為300Ω,通過待測電阻的最大電流為5mA,因此電流表量程應擴大為原來的5倍,因此分流電阻阻值應為該電流表內(nèi)阻的四分之一,故電流表并聯(lián)電阻的阻值為R0=75Ω。(3)Rx兩端電壓即為電壓表讀數(shù)2.30V;因電流表并聯(lián)R0,量程擴大,通過待測電阻的電流為電流表讀數(shù)的5倍,即通過Rx的電流為5×0.84mA=4.20mA,故Rx=2.答案:(1)圖見解析(2)10Ω75Ω(3)2.304.20548(2023·全國乙卷,23)一學生小組測量某金屬絲(阻值約十幾歐姆)的電阻率?，F(xiàn)有實驗器材:螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表(內(nèi)阻非常大)、定值電阻R0(阻值10.0Ω)、滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關K、開關S、導線若干。圖甲是學生設計的實驗電路原理圖。完成下列填空:(1)實驗時,先將滑動變阻器R接入電路的電阻調(diào)至最大,閉合S。(2)將K與1端相連,適當減小滑動變阻器R接入電路的電阻,此時電壓表讀數(shù)記為U1,然后將K與2端相連,此時電壓表讀數(shù)記為U2。由此得到流過待測金屬絲的電流I=,金屬絲的電阻r=。(結果均用R0、U1、U2表示)

(3)繼續(xù)微調(diào)R,重復(2)的測量過程,得到多組測量數(shù)據(jù),如下表所示:U1/mV0.570.710.851.141.43U2/mV0.971.211.451.942.43(4)利用上述數(shù)據(jù),得到金屬絲的電阻r=14.2Ω。(5)用米尺測得金屬絲長度L=50.00cm。用螺旋測微器測量金屬絲不同位置的直徑,某次測量的示數(shù)如圖乙所示,該讀數(shù)為d=mm。多次測量后,得到直徑的平均值恰好與d相等。

(6)由以上數(shù)據(jù)可得,待測金屬絲所用材料的電阻率ρ=×107Ω·m。(結果保留2位有效數(shù)字)

解析:(2)因電壓表的內(nèi)阻非常大,故電壓表可視為理想電壓表,根據(jù)題意可知,K接1端時,有Ir=U1,K接2端時,有Ir+IR0=U2,聯(lián)立可得I=U2-U(5)螺旋測微器的讀數(shù)為d=15.0×0.01mm=0.150mm。(6)根據(jù)電阻定律r=ρLS,又S=π·(d2)2,代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得ρ≈5.0×107Ω答案:(2)U2-U(6)5.0(2023·遼寧卷,12)導電漆是將金屬粉末添加于特定樹脂原料中制作而成的能導電的噴涂油漆?，F(xiàn)有一根用導電漆制成的截面為正方形的細長樣品(固態(tài)),某同學欲測量其電阻率,設計了如圖甲所示的電路圖,實驗步驟如下:a.測得樣品截面的邊長a=0.20cm;b.將平行排列的四根金屬探針甲、乙、丙、丁與樣品接觸,其中甲、乙、丁位置固定,丙可在乙、丁間左右移動;c.將丙調(diào)節(jié)至某位置,測量丙和某探針之間的距離L;d.閉合開關S,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,使電流表示數(shù)I=0.40A,讀出相應的電壓表示數(shù)U,斷開開關S;e.改變丙的位置,重復步驟c、d,測量多組L和U,作出UL圖像如圖乙所示,得到直線的斜率k?；卮鹣铝袉栴}。(1)L是丙到(選填“甲”“乙”或“丁”)的距離。

(2)寫出電阻率的表達式ρ=(用k、a、I表示)。

(3)根據(jù)圖像計算出該樣品的電阻率ρ=Ω?m(結果保留2位有效數(shù)字)。

解析:(1)由于電壓表測量的是乙、丙之間的電壓,則L是丙到乙的距離。(2)閉合開關后,調(diào)節(jié)電阻箱R使樣品中電流為I,則探針乙、丙間電壓U=IR樣,而R樣=ρLa2,即U=ρIa(3)根據(jù)圖像可知k=6.5V/m,則根據(jù)(2)代入數(shù)據(jù)有ρ=6.5×105Ω?m。答案:(1)乙(2)ka2I(3)6.5核心考點三以測電源電動勢為核心的電學實驗1.電源電動勢和內(nèi)電阻的測量方法方案伏安法伏阻法安阻法原理E=U+IrE=U+URE=IR+Ir電路圖關系式U=EIr1U=rER1I=RE圖像縱軸截距:E斜率:r縱軸截距:1斜率:r縱軸截距:r斜率:1誤差分析電壓表的分流E測<E真,r測<r真(r測=RV電流表的分壓E測=E真,r測>r真(r測=r+RA)E測<E真,r測<r真(r測=RVE測=E真,r測>r真(r測=r+RA)2.對實驗的兩點說明(1)任何一種實驗方法,一定要緊扣閉合電路歐姆定律E=U+Ir,其中最關鍵的是看電路中如何測量出路端電壓U和電路中的總電流I。(2)利用圖像得出電動勢和內(nèi)阻是常見的方法,對于不同的電路設計,在作圖像時都要畫出傾斜直線,即得到有關電動勢和內(nèi)阻的一次函數(shù)關系,再利用圖像中的斜率與截距求解。(2021·湖南卷,12)某實驗小組需測定電池的電動勢和內(nèi)阻,器材有:一節(jié)待測電池、一個單刀雙擲開關、一個定值電阻(阻值為R0)、一個電流表(內(nèi)阻為RA)、一根均勻電阻絲(電阻絲總阻值大于R0,并配有可在電阻絲上移動的金屬夾)、導線若干。由于缺少刻度尺,無法測量電阻絲長度,但發(fā)現(xiàn)桌上有一個圓形時鐘表盤。某同學提出將電阻絲繞在該表盤上,利用圓心角來表示接入電路的電阻絲長度。主要實驗步驟如下:(1)將器材如圖a連接。(2)開關閉合前,金屬夾應夾在電阻絲的(選填“a”或“b”)端。

(3)改變金屬夾的位置,閉合開關,記錄每次接入電路的電阻絲對應的圓心角θ和電流表示數(shù)I,得到多組數(shù)據(jù)。(4)整理數(shù)據(jù)并在坐標紙上描點繪圖,所得圖像如圖b所示,圖線斜率為k,與縱軸截距為d,設單位角度對應電阻絲的阻值為r0,該電池電動勢和內(nèi)阻可表示為E=,r=。(用R0、RA、k、d、r0表示)

(5)為進一步確定結果,還需要測量單位角度對應電阻絲的阻值r0,利用現(xiàn)有器材設計實驗,在圖c虛線框中畫出實驗電路圖(電阻絲用滑動變阻器符號表示)。(6)利用測出的r0,可得該電池的電動勢和內(nèi)阻。解析:(2)為了保護電流表,閉合開關前應使電路中的電阻最大,故金屬夾應夾在電阻絲的b端。(4)由閉合電路歐姆定律得E=I(r+RA+R0+θr0),整理得1I=1E(r+RA+R0)+r0Eθ,結合題圖b可得k=r0E,d=1E(r+RA+R0),解得E=r(5)實驗電路圖如圖所示,先將單刀雙擲開關S接1,記下電流表的示數(shù)I0,然后將單刀雙擲開關S接2,移動金屬夾的位置,直到電流表的示數(shù)為I0,記下此時接入電路的電阻絲對應的圓心角θ0,則r0=R0答案:(2)b(4)r0kdr0(5)圖見解析(2021·全國乙卷,23)一實驗小組利用圖a所示的電路測量一電池的電動勢E(約1.5V)和內(nèi)阻r(小于2Ω)。圖中電壓表量程為1V,內(nèi)阻RV=380.0Ω;定值電阻R0=20.0Ω;電阻箱R,最大阻值為999.9Ω;S為開關。按電路圖連接電路。完成下列填空:(1)為保護電壓表,閉合開關前,電阻箱接入電路的電阻值可以選(選填“5.0”或“15.0”)Ω。

(2)閉合開關,多次調(diào)節(jié)電阻箱,記錄下阻值R和電壓表的相應讀數(shù)U。(3)根據(jù)圖a所示電路,用R、R0、RV、E和r表示1U,得1U=(4)利用測量數(shù)據(jù),作1U(5)通過圖b可得E=V(結果保留2位小數(shù)),r=Ω(結果保留1位小數(shù))。

(6)若將圖a中的電壓表當成理想電表,得到的電源電動勢為E′,由此產(chǎn)生的誤差為|E'-EE|解析:(1)要保護電壓表,則R0兩端的電壓應小于1V,通過R0的電流應小于或等于0.05A,故電路中的總電阻R總≥1.(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得,電動勢E=U+(UR0+URV)(R+r),整理得1U=1E(1+(5)延長題圖b中圖線與縱軸相交,由1U=1E(1+R0+RVR0RVr)+R0+RVER0RVR,結合題圖b可得,R0+RV(6)若將電壓表當成理想電表,則E′=U+UR0(R+r),整理得1U=1E'(1+則1E'R0=1.50解得E′≈1.48V,由此產(chǎn)生的誤差為|E'-E答案:(1)15.0(3)1E(1+R0+RV(5)1.561.5(6)5(2023·湖北卷,12)某實驗小組為測量干電池的電動勢和內(nèi)阻,設計了如圖甲所示電路,所用器材如下:電壓表(量程0～3V,內(nèi)阻很大);電流表(量程0～0.6A);電阻箱(阻值0～999.9Ω);干電池一節(jié)、開關一個和導線若干。(1)根據(jù)圖甲,完成圖乙中的實物圖連線。(2)調(diào)節(jié)電阻箱到最大阻值,閉合開關。逐次改變電阻箱的電阻,記錄其阻值R、相應的電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作出的UI圖像如圖丙所示,則干電池的電動勢為V(結果保留3位有效數(shù)字)、內(nèi)阻為Ω(結果保留2位有效數(shù)字)。

(3)該小組根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進一步探究,作出1IR圖像如圖丁所示。利用圖丁中圖像的縱軸截距,結合(2)問得到的電動勢與內(nèi)阻,還可以求出電流表內(nèi)阻為Ω(結果保留2位有效數(shù)字)。

(4)由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大,本實驗干電池內(nèi)阻的測量值(選填“偏大”或“偏小”)。

解析:(1)實物連線如圖所示。(2)由電路結合閉合電路歐姆定律可得U=EIr,由題圖丙可知,E=1.58V,內(nèi)阻r=1.(3)根據(jù)E=I(R+RA+r),可得1I=1E·R+RA+rE,由題圖丁可知(4)由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大,則實驗測得的是電壓表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻的并聯(lián)值,即實驗中測得的電池內(nèi)阻偏小。答案:(1)圖見解析(2)1.580.64(3)2.5(4)偏小核心考點四其他電學實驗1.電表改裝類型電路圖原理把電流表改裝為電壓表U=Ig(Rg+R)擴大電流表量程I=Ig+I把電流表改裝為歐姆表R內(nèi)=R中=ERx=EIR2.其他電學實驗實驗裝置及器材操作要領及實驗現(xiàn)象觀察電容器的充、放電現(xiàn)象(1)電容器的電容要大一些,電源的電壓在6V左右,小燈泡的額定電壓比電源電壓稍低,在4V左右。(2)開關擲向a時,仔細觀察靈敏電流計指針的偏轉方向。(3)開關擲向b時,仔細觀察靈敏電流計指針的偏轉方向續(xù)表實驗裝置及器材操作要領及實驗現(xiàn)象探究影響感應電流方向的因素實驗器材:條形磁鐵、電流表、線圈、導線、一節(jié)干電池(用來查明線圈中電流的流向與電流表中指針偏轉方向的關系)(1)確定電表中電流與指針偏轉關系。線圈上端接電表正接線柱且電流由此流入時指針右偏。(2)實驗現(xiàn)象。①線圈內(nèi)磁通量增加時的情況。以圖甲為例。磁鐵插入時,穿過線圈的向下的磁通量增加,而產(chǎn)生的感應電流的磁場方向向上。②線圈內(nèi)磁通量減少時的情況。以圖丙為例。磁鐵抽出時,穿過線圈的向下的磁通量減少,產(chǎn)生的感應電流的磁場方向向下實驗結論:當穿過線圈的磁通量增加時,感應電流的磁場與原磁場的方向相反;當穿過線圈的磁通量減少時,感應電流的磁場與原磁場的方向相同探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關系在誤差允許的范圍內(nèi),變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比,數(shù)學表達式為U1U(2023·全國新課標卷,22)在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中,所用器材如下:電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關以及導線若干。(1)用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時,紅表筆應該與電池的(選填“正極”或“負極”)接觸。

(2)某同學設計的實驗電路如圖甲所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R1,將單刀雙擲開關S與“1”端相接,記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后,開關S再與“2”端相接,相接后小燈泡亮度變化情況可能是。(填正確答案標號)

A.迅速變亮,然后亮度趨于穩(wěn)定B.亮度逐漸增大,然后趨于穩(wěn)定C.迅速變亮,然后亮度逐漸減小至熄滅(3)將電阻箱的阻值調(diào)為R2(R2>R1),再次將開關S與“1”端相接,再次記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I隨時間t變化如圖乙中曲線所示,其中實線是電阻箱阻值為(選填“R1”或“R2”)時的結果,曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的(選填“電壓”或“電荷量”)。

解析:(1)電流從多用電表的紅表筆流入,黑表筆流出,故用多用電表的電壓擋檢測電壓時,紅表筆應該與電池的正極接觸。(2)電容器充電完成后,當開關S與“2”端相接,接入小燈泡,電容器放電,回路立即形成電流,小燈泡迅速變亮,開始時兩極板電荷量較多,電勢差較大,隨著不斷放電,兩極板電荷量變少,電勢差變小,流過小燈泡的電流減小,小燈泡亮度減小,直至兩極板電荷量為零,無電流流過,小燈泡熄滅。(3)開始充電時兩極板不帶電,兩極板電勢差為零,由圖像可知,開始充電時實線的電流較小,故電路中的電阻較大,因此電阻箱阻值為R2;由q=It知,It曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的電荷量。答案:(1)正極(2)C(3)R2電荷量(2022·湖南卷,12)小夢同學自制了一個兩擋位(“×1”“×10”)的歐姆表,其內(nèi)部結構如圖所示,R0為調(diào)零電阻(最大阻值為R0m),Rs、Rm、Rn為定值電阻,Rs+R0m<Rm<Rn,電流計的內(nèi)阻為RG(Rs?RG)。用此歐姆表測量一待測電阻的阻值,回答下列問題:(1)短接①②,將單刀雙擲開關S與m接通,電流計示數(shù)為Im;保持電阻R0滑片位置不變,將單刀雙擲開關S與n接通,電流計示數(shù)變?yōu)镮n,則ImIn(選填“大于”或“小于”)。

(2)將單刀雙擲開關S與n接通,此時歐姆表的擋位為(選填“×1”或“×10”)。

(3)若從“×1”擋位換成“×10”擋位,調(diào)整歐姆零點(歐姆零點在電流計滿偏刻度處)時,調(diào)零電阻R0的滑片應該(選填“向上”或“向下”)調(diào)節(jié)。

(4)在“×10”擋位調(diào)整歐姆零點后,在①②間接入阻值為100Ω的定值電阻R1,穩(wěn)定后電流計的指針偏轉到滿偏刻度的23;取走R1,在①②間接入待測電阻Rx,穩(wěn)定后電流計的指針偏轉到滿偏刻度的13,則Rx=Ω。

解析:(1)由于Rn>Rm,所以Im大于In。(2)將單刀雙擲開關S與n接通,此時電路中總電阻較大,中值電阻較大,能接入的待測電阻的阻值也較大,故應該為歐姆表的“×10”擋位。(3)若從“×1”擋位換成“×10”擋位,即開關S從m撥向n,電路中的總電阻增大,干路電流減小,為了使電流計滿偏,則需增大通過電流計的電流,故調(diào)零電阻R0的滑片應該向上調(diào)節(jié)。(4)設歐姆表內(nèi)部等效電阻為R,根據(jù)閉合電路歐姆定律有23Ig=ER+R1,13Ig=ER答案:(1)大于(2)×10(3)向上(4)400核心考點五電學實驗創(chuàng)新實驗原理的創(chuàng)新方法(1)轉換法:將無法(或不易)測量的物理量轉換成可以(或易于)測量的物理量進行測量,然后再求待測物理量,這種方法叫轉換測量法(簡稱轉換法),如在“測量金屬絲的電阻率”的實驗中,雖然無法直接測量電阻率,但通過測金屬絲的長度和直徑,并將金屬絲接入電路測出其電阻,可以計算出它的電阻率。(2)替代法:用一個標準的已知量替代待測量,通過調(diào)整標準量,使整個測量系統(tǒng)恢復到替代前的狀態(tài),則待測量等于標準量。(3)控制變量法:研究一個物理量與其他幾個物理量的關系時,要使其中一個或幾個物理量不變,分別研究這個物理量與其他各物理量的關系,然后再歸納總結。如“探究電阻的決定因素”實驗。(2023·山東卷,14)電容儲能已經(jīng)在電動汽車,風、光發(fā)電、脈沖電源等方面得到廣泛應用。某同學設計圖甲所示電路,探究不同電壓下電容器的充、放電過程,器材如下:電容器C(額定電壓10V,電容標識不清);電源E(電動勢12V,內(nèi)阻不計);電阻箱R1(阻值0～99999.9Ω);滑動變阻器R2(最大阻值20Ω,額定電流2A);電壓表V(量程15V,內(nèi)阻很大);發(fā)光二極管D1、D2,開關S1、S2,電流傳感器,計算機,導線若干?；卮鹨韵聠栴}:(1)按照圖甲連接電路,閉合開關S1,若要升高電容器充電電壓,滑動變阻器滑片應向(選填“a”或“b”)端滑動。

(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置,電壓表表盤如圖乙所示,示數(shù)為V(結果保留1位小數(shù))。

(3)繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置,電壓表示數(shù)為8.0V時,開關S2擲向1,得到電容器充電過程的It圖像,如圖丙所示。借鑒“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中估算油膜面積的方法,根據(jù)圖像可估算出充電結束后,電容器存儲的電荷量為C(結果保留2位有效數(shù)字)。

(4)本電路中所使用電容器的電容約為F(結果保留2位有效數(shù)字)。

(5)電容器充電后,將開關S2擲向2,發(fā)光二極管(選填“D1”或“D2”)閃光。

解析:(1)滑動變阻器采用分壓式接法,故滑片向b端滑動電容器充電電壓升高。(2)由題圖乙可知,電壓表量程為15V,每個小格為0.5V,示數(shù)為6.5V。(3)It圖像與坐標軸所圍的面積表示電容器存儲的電荷量,由題圖丙可知,總共39個小格,故電容器存儲的電荷量為3.9×103C。(4)由電容的定義式C=QU得C≈4.9×104(5)由題圖甲可知,電容器充電后,左極板帶正電,將開關S2擲向2,電容器放電,D1導通,則發(fā)光二極管D1閃光。答案:(1)b(2)6.5(3)3.9×103(4)4.9×104(5)D1(2023·湖南卷,12)某探究小組利用半導體薄膜壓力傳感器等元件設計了一個測量微小壓力的裝置,其電路如圖甲所示,R1、R2、R3為電阻箱,RF為半導體薄膜壓力傳感器,C、D間連接電壓傳感器(內(nèi)阻無窮大)。(1)先用歐姆表“×100”擋粗測RF的阻值,示數(shù)如圖乙所示,對應的讀數(shù)是Ω。

(2)適當調(diào)節(jié)R1、R2、R3,使電壓傳感器示數(shù)為0,此時,RF的阻值為(用R1、R2、R3表示)。

(3)依次將0.5g的標準砝碼加載到壓力傳感器上(壓力傳感器上所受壓力大小等于砝碼重力大小),讀出電壓傳感器示數(shù)U,所測數(shù)據(jù)如下表所示:次數(shù)123456砝碼質量m/g0.00.51.01.52.02.5電壓U/mV057115168220280根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖丙上描點,繪制Um關系圖線。(4)完成前面三步的實驗工作后,該測量微小壓力的裝置即可投入使用。在半導體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F0,電壓傳感器示數(shù)為200mV,則F0大小是N(重力加速度取9.8m/s2,結果保留2位有效數(shù)字)。

(5)若在步驟(4)中換用非理想毫伏表測量C、D間電壓,在半導體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F1,此時非理想毫伏表讀數(shù)為200mV,則F1(選填“>”“=”或“<”)F0。

解析:(1)歐姆表讀數(shù)為10×100Ω=1000Ω。(2)當電壓傳感器讀數(shù)為零時,C、D兩點電勢相等,即UCB=UDB,即UABR1+RFRF=UAB(3)繪出Um圖線如圖所示。(4)由圖像可知,當電壓傳感器的讀數(shù)為200mV時,所放物體質量為1.78g,則F0=mg=1.78×103×9.8N≈1.7×102N。(5)可將CD以外的電路等效為新的電源,C、D兩點電壓看作路端電壓,因為換用非理想電壓傳感器,當讀數(shù)為200mV時,實際C、D間斷路(接理想電壓傳感器)時的電壓大于200mV,則此時壓力傳感器的讀數(shù)F1>F0。答案:(1)1000(2)R1(4)1.7×102(5)>(2023·湖南岳陽三模)某學校興趣小組的同學在“測定金屬的電阻率”實驗中,設計了如圖甲所示的實驗電路,Rx為待測金屬絲電阻接入電路中的實際電阻值,實驗所選用電源電動勢E≈3V(內(nèi)阻不計),電壓表V1、V2量程均為3V(內(nèi)阻很大),定值電阻R1和R2(電阻不同,均為幾千歐),單刀雙擲開關S。(1)為了使電表指針指在中間刻度左右,實驗應選用的電阻箱R的規(guī)格為。(填入相應的字母)

A.阻值范圍0～999Ω B.阻值范圍0～9999Ω(2)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑d,其中某一次測量結果如圖乙所示,其讀數(shù)為mm。

(3)按圖甲所示電路圖連接好電路,待測金屬絲上的滑片P置于金屬絲上某一位置,把S撥到1位置,記錄電壓表V1示數(shù);再把S撥到2位置,調(diào)整電阻箱阻值,使電壓表V2示數(shù)與電壓表V1示數(shù)相同,記錄電阻箱的阻值R0,則此時待測金屬絲電阻接入電路中的實際電阻值Rx=(用R1、R2、R0表示)。

(4)移動待測金屬絲上的滑片P,重復(3)的步驟,用刻度尺測得多次待測金屬絲接入電路有效部分的長度l和電阻箱阻值R,利用多次測量數(shù)據(jù)繪制出如圖丙所示的Rl正比例關系圖像,其斜率為k,則待測金屬絲的電阻率表達式為(用已知量的字母表示)。

解析:(1)為了使電壓表的示數(shù)在中間刻度左右,提高測量精度,電阻箱選擇的數(shù)量級要與電壓表內(nèi)阻相當,所以選B。(2)螺旋測微器的讀數(shù)為0mm+40.0×0.01mm=0.400mm。(3)當開關S撥至1時,設此時電壓表V1的示數(shù)為U0,根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點可得U0=R1當開關S撥至2時,由于電壓表V2的示數(shù)和V1的示數(shù)相同,即U0=R2Rx=R1(4)由Rx=ρlπ(d2)

2=R故ρ=kπ答案:(1)B(2)0.400(3)R(4)ρ=k能力培養(yǎng)練1.(2023·河北張家口三模)利用實驗室的指針式多用電表研究如下問題。(1)關于多用電表的使用,下列操作正確的是。(多選)

A.測電壓時,圖甲連接方式紅、黑表筆接法正確B.測電流時,應按圖乙連接方式測量C.測電阻時,可以按圖丙連接方式測量D.測二極管的反向電阻時,應按圖丁連接方式測量(2)某同學用多用電表“×10”擋測量某電阻R時,操作步驟正確,發(fā)現(xiàn)表頭指針偏轉角度過小,為了較準確地進行測量,則應將選擇開關置于(選填“×1”“×10”或“×100”)擋。

(3)如圖所示是一個簡單的歐姆表電路示意圖,其中表頭滿偏電流為500μA,內(nèi)阻為100Ω,電池電動勢為1.5V,內(nèi)阻為1Ω;變阻器R0最大阻值為5000Ω。①調(diào)零后測量某定值電阻時,指針指在刻度盤的正中央,則該定值電阻阻值為Ω。

②使用一段時間后電池老化,電動勢下降到1.4V、內(nèi)阻增大到4Ω,但仍可調(diào)零,正確操作后,測量另一個定值電阻,歐姆表讀數(shù)為300Ω,則這個電阻的實際阻值應為Ω。

解析:(1)測電壓時,電壓表與被測電路并聯(lián),紅表筆接高電勢,題圖甲連接方式紅、黑表筆接法正確,A正確;測電流時,電流表與被測電路串聯(lián),電流從紅表筆流入,應按題圖乙連接方式測量,B正確;測電阻時,電阻必須與電路斷開,不可以按題圖丙連接方式測量,C錯誤;測二極管的反向電阻時,必須將題圖丁中的表筆對調(diào),D錯誤。(2)某同學用多用電表“×10”擋測量某電阻R時,操作步驟正確,發(fā)現(xiàn)表頭指針偏轉角度過小,表明被測電阻阻值較大,為了較準確地進行測量,則應將選擇開關置于“×100”擋。(3)①根據(jù)閉合電路歐姆定律得Ig=ER12Ig=E聯(lián)立解得Rx=3000Ω。②根據(jù)閉合電路歐姆定律得R內(nèi)′=E'Ig根據(jù)題意得1.53解得R真=280Ω。答案:(1)AB(2)×100(3)①3000②2802.(2022·山東濰坊一模)現(xiàn)要測量一個滿偏電流Ig=50μA的表頭內(nèi)阻并改裝成量程為1mA的電流表,如圖甲所示。(1)先閉合開關,再調(diào)整滑動變阻器,使電流表A的示數(shù)為84mA,電流表G的示數(shù)如圖乙所示,則流過G的電流是。若rA=1.0Ω,則rg=。

(2)給G并聯(lián)一個電阻R1進行校準時,當電流表G的示數(shù)為45Ig時,標準電流表A的示數(shù)為0.76mA,則改裝之后的電流表實際量程是(3)若要把它改裝成量程為1mA的電流表,還需要在R1兩邊并聯(lián)一個R2=R1的電阻。

解析:(1)電流表G的滿偏電流Ig=50μA,則電流表G的示數(shù)為30.0μA。根據(jù)并聯(lián)電路電壓相等可得84×103A×1.0Ω=30×106A·rg,可得電流表G的內(nèi)阻rg=2800Ω。(2)對改裝電表,流過電阻R1的電流為IR1=0.76mA45Ig。根據(jù)并聯(lián)電路電壓相等可得IR1·R1=45Ig·rg,解得R1=14009Ω,則改裝后的電流表的實際量程為I1(3)若把并聯(lián)R1的電流表G再改裝成量程為1mA的電流表,需要并聯(lián)電阻R2=IgR2=18R1。答案:(1)30.0μA2800Ω(2)0.95mA(3)183.(2023·湖南長沙模擬)某實驗小組用多用電表、電流表G和電阻箱進行一系列實驗,分別是練習使用多用電表、測量電流表的內(nèi)阻、改裝電壓表,實驗器材如下:A.多用電表B.電流表G(滿偏電流Ig=15mA,內(nèi)阻未知)C.標準電流表G0D.電阻箱R(最大阻值為9999.9Ω)E.電源(電動勢E=3.0V,內(nèi)阻可忽略不計)F.導線、開關若干(1)用多用電表歐姆擋粗略測量電流表的內(nèi)阻;(2)精確測量電流表G的內(nèi)阻Rg;①按如圖甲所示的電路圖連接好電路,先將電阻箱R的阻值調(diào)到最大,閉合開關S1,斷開開關S2,調(diào)節(jié)電阻箱R,使標準電流表G0的示數(shù)大于量程的13,且兩電流表的示數(shù)都沒有超過量程,讀出標準電流表G0的示數(shù)為I0,電阻箱的示數(shù)為R1②保持開關S1閉合,再閉合開關S2,調(diào)節(jié)電阻箱R,使標準電流表G0的示數(shù)仍為I0,讀出電阻箱的示數(shù)為R2。(3)用該電流表G和電阻箱R改裝一個電壓表;根據(jù)實驗回答以下問題。①用多用電表歐姆擋測量電流表G的阻值,應將多用電表的紅表筆與電流表G的(選填“正”或“負”)接線柱相連,開始時選用“×100”的擋位發(fā)現(xiàn)指針偏角太大,擋位應調(diào)整為(選填“×1000”或“×10”)擋,正確調(diào)整擋位后經(jīng)過歐姆調(diào)零重新測量,指針如圖乙所示,那么電流表阻值為Ω。

②電流表G內(nèi)阻的表達式為Rg=(用R1、R2表示)。

③通過以上測量得到電流表G的內(nèi)阻為Rg=100Ω,用電流表G和電阻箱R改裝成量程為0～5V的電壓表,應將電阻箱R與電流表G(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”),并將電阻箱R的阻值調(diào)到Ω。

解析:(3)①多用電表紅表筆接內(nèi)部電源的負極,所以應與電流表負接線柱相連。用多用電表測電阻時選用“×100”的擋位發(fā)現(xiàn)指針偏角太大,說明待測電阻阻值較小,需要把倍率調(diào)小,所以擋位應調(diào)整為“×10”。讀數(shù)為11×10Ω=110Ω。②第一次和第二次電流表讀數(shù)相同,說明兩次電路中總電阻相同,閉合開關S2后電流表G短路,則電阻箱的阻值要增大,即R1+Rg=R2,故Rg=R2R1。③改裝電壓表應將電阻箱R與電流表G串聯(lián),串聯(lián)的電阻為R=U量程Ig因為電阻箱的最大阻值為9999.9Ω,可精確到0.1Ω,所以電阻箱阻值調(diào)到233.3Ω。答案:(3)①負×10110②R2R1③串聯(lián)233.34.(2023·山東威海二模)某小組要測量圖甲電路中的電流,需要在電路中串聯(lián)電流表,如圖乙所示,由于電流表存在內(nèi)阻,從而引起電流測量誤差。為消除電表內(nèi)阻的影響,該小組采用圖丙所示的電路,由電源E′、滑動變阻器R′和電流表A組成補償電路,調(diào)節(jié)滑動變阻器R′,使靈敏電流計G的示數(shù)為零,電流表A的示數(shù)即圖甲電路中的待測電流。該小組想在圖丙中添加一電壓表,進一步測量電源E的電動勢和內(nèi)阻。(1)請你將電壓表接入電路中的合適位置。(2)閉合開關S1和S2,調(diào)節(jié)滑動變阻器R和R′,使靈敏電流計G的示數(shù)為零,讀出電流表和電壓表的示數(shù)I1和U1。(3)改變滑動變阻器R和R′的阻值,重新使靈敏電流計G的示數(shù)為零,讀出電流表和電壓表的示數(shù)I2和U2。(4)電源的電動勢E=,內(nèi)阻r=(用I1、I2、U1和U2表示)。

(5)若不考慮偶然誤差,電動勢的測量值真實值,內(nèi)阻的測量值真實值。(均選填“>”“<”或“=”)

解析:(1)測量電源E的電動勢和內(nèi)阻,需用電壓表測量電路中的路端電壓,所以電壓表與滑動變阻器R并聯(lián),如圖所示。(4)由閉合電路歐姆定律E=U1+I1r,E=U2+I2r,聯(lián)立解得E=U1I2(5)題圖丙中,由于靈敏電流計G的示數(shù)為零,所以電壓表所測電壓即為電源E的路端電壓;由題意可得電流表所測電流即為干路電流,所以不考慮偶然誤差,電源電動勢的測量值等于其真實值,電源內(nèi)阻的測量值也等于其真實值。答案:(1)圖見解析(4)U1I25.(2023·浙江1月卷,16)在“測量金屬絲的電阻率”實驗中:(1)測量一段金屬絲電阻時所用器材和部分電路連線如圖1所示,圖中的導線a端應與(選填“”“0.6”或“3”)接線柱連接,b端應與(選填“”“0.6”或“3”)接線柱連接。開關閉合前,圖1中滑動變阻器滑片應置于(選填“左”或“右”)端。

(2)合上開關,調(diào)節(jié)滑動變阻器,得到多組U和I數(shù)據(jù)。甲同學由每組U、I數(shù)據(jù)計算電阻,然后求電阻平均值;乙同學通過UI圖像求電阻。則兩種求電阻的方法更合理的是(選填“甲”或“乙”)。

(3)兩同學進一步探究用鎳鉻絲將滿偏電流Ig=300μA的表頭G改裝成電流表。如圖2所示,表頭G兩端并聯(lián)長為L的鎳鉻絲,調(diào)節(jié)滑動變阻器使表頭G滿偏,毫安表示數(shù)為I。改變L,重復上述步驟,獲得多組I、L數(shù)據(jù),作出I1L圖像如圖3所示。則I1L圖像斜率k=mA·m。若要把該表頭G改裝成量程為9mA的電流表,需要把長為m的鎳鉻絲并聯(lián)在表頭G兩端。(結果均保留2位有效數(shù)字)

解析:(1)在測量金屬絲電阻率實驗時,考慮溫度對電阻率的影響,一般通過金屬絲的電流要小一些,并使用電流表外接法測量較小的金屬絲電阻,所以a端接“0.6”,b端也接“0.6”,分壓式電路在閉合開關前,滑