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专题强化练(十三) 电学实验综合
(40分钟 40分)
1.(6分)(2023·合肥模拟)飞飞同学在做“测量金属丝的电阻率”的实验时,设计了如图甲所示
的电路进行实验,所使用的器材有:电源E(电动势为3 V,内阻为r);
电流表A(量程为0~0.6 A,内阻为1 Ω);
电阻箱R(0~99.99 Ω);金属丝;开关K;导线若干。
(1)他先用螺旋测微器对金属丝的直径进行了测量,如图乙所示,该金属丝的直径为
________mm。
(2)他连接好电路,将金属丝接入电路中的长度和电阻箱均调到一个较大的值,闭合开关K,记录
下电流表读数和金属丝接入电路中的长度。保持电阻箱阻值不变,多次改变并记录金属丝接
1
入电路中的长度L,并同时记录相对应的电流表读数I。利用实验中记录的数据,描绘出 -L图
I像。由图丙可得该金属丝的电阻率为________(计算结果保留2位有效数字)。
(3)若已知实验中电阻箱接入电路中的电阻为2.00 Ω,则所用电源内阻为________Ω。
(4)若实验所用电源因为长期使用,电动势略有下降,则因此得出的金属丝电阻率比真实值
________(选填“偏大”“偏小”或“相同”)。
2.(8分)有一根细而均匀的圆柱体导体棒样品(如图1),电阻约为100 Ω,为了测量其电阻率ρ,现
提供以下实验器材:10分度的游标卡尺、螺旋测微器,电流表A (量程50 mA,内阻r 为100 Ω);
1 1
电流表A (量程100 mA,内阻r 约为40 Ω);电流表A (量程1 A,内阻r 约为0.1 Ω);滑动变阻器
2 2 3 3
R(20 Ω,额定电流1 A)、直流电源E(12 V,内阻不计)、圆柱体导体棒样品R 、开关一只、导线
x
若干。
(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
品的直径如图3所示,其示数D=________mm。
(2)为了尽可能精确地测量样品电阻 R ,电路原理图如图4所示,图中甲电流表应选________;乙
x电流表应选________。(均选填“A ”“A ”或“A ”)
1 2 3
(3)闭合开关,测量出需要测量的物理量是____________。
(4)根据(1)(3)步测量的数据字母,表示出电阻率ρ=________。
3.(8分)(2023·石家庄模拟)某同学利用实验室现有器材,设计了一个测量电阻阻值的实验。测
量电路如图所示,实验器材如下:
电池组E(电动势为9 V,内阻较小可忽略不计);
电压表V (量程为0~6 V,内阻为3 000 Ω);
1
电压表V (量程为0~10 V,内阻为5 000 Ω);
2
定值电阻R (阻值为5 000 Ω);
0
滑动变阻器R(最大阻值为3 000 Ω);
待测电阻R ;
x
单刀单掷开关S ,单刀双掷开关S ,导线若干。
1 2
(1)断开开关,将滑动变阻器R的滑片移到阻值最大的一端,按照电路图连接电路。闭合开关S ,
1
1
单刀双掷开关S 接1,移动滑动变阻器的滑片,使电压表指针指在满刻度的 处。该同学选择的
2
2
电压表为________(选填“V ”或“V ”);此时滑动变阻器接入电路的阻值应为________Ω。
1 23
(2)保持滑动变阻器的阻值不变,单刀双掷开关S 接2,电压表指针指在满刻度的 处,则R 的测
2 x
5
量值为________Ω。
(3)本实验中,未考虑电池组的内阻,这对R 的测量值________ (选填“有”或“无”)影响。
x
4.(9分)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时,其阻值随温度的变化关系。实验电路如
图所示,实验设定恒定电流为50.0 μA,主要实验器材有:恒压直流电源E、加热器、测温仪、热
敏电阻R 、可变电阻R 、电流表A、电压表V。
T 1
(1)用加热器调节R 的温度后,为使电流表的示数仍为50.0 μA,须调节___________(选填一种
T
给定的实验器材)。当R 两端未连接电压表时,电流表示数为50.0 μA;连接电压表后,电流表示
T
数显著增大,须将原电压表更换为内阻____________(选填“远大于”“接近”或“远小
于”)R 阻值的电压表。
T
(2)测得R 两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,
T
R 的阻值随温度的平均变化率是________kΩ·℃-1(保留2位有效数字)。
T5.(9分)为了节能和环保,一些公共场所用光控开关控制照明系统,光控开关可用光敏电阻控制,
如图甲所示是某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线,照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,
照度单位为:勒克斯(lx)。
(1)如图乙所示,电源电动势为3 V,内阻不计,当控制开关两端电压上升至2 V时,控制开关自动
启动照明系统。要求当天色渐暗照度降至 1.0 lx 时控制开关接通照明系统,则
R =________kΩ。
1
(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值,设计了如图丙所示的电路进行测量,电源
(E=3 V,内阻未知),电阻箱(0~99 999 Ω)。实验时将电阻箱阻值调至最大,闭合S ,将S 与1相连,
1 2
减小电阻箱阻值,使灵敏电流计的示数为I,图丁为实验时电阻箱的阻值,其读数为________kΩ;然后将S 与2相连,调节电阻箱的阻值如图戊所示,此时电流表的示数恰好为 I,则光敏电阻的
2
阻值为______kΩ(结果均保留3位有效数字)。
解析版
1.(6分)(2023·合肥模拟)飞飞同学在做“测量金属丝的电阻率”的实验时,设计了如图甲所示
的电路进行实验,所使用的器材有:电源E(电动势为3 V,内阻为r);
电流表A(量程为0~0.6 A,内阻为1 Ω);
电阻箱R(0~99.99 Ω);金属丝;开关K;导线若干。
(1)他先用螺旋测微器对金属丝的直径进行了测量,如图乙所示,该金属丝的直径为
________mm。(2)他连接好电路,将金属丝接入电路中的长度和电阻箱均调到一个较大的值,闭合开关K,记录
下电流表读数和金属丝接入电路中的长度。保持电阻箱阻值不变,多次改变并记录金属丝接
1
入电路中的长度L,并同时记录相对应的电流表读数I。利用实验中记录的数据,描绘出 -L图
I
像。由图丙可得该金属丝的电阻率为________(计算结果保留2位有效数字)。
(3)若已知实验中电阻箱接入电路中的电阻为2.00 Ω,则所用电源内阻为________Ω。
(4)若实验所用电源因为长期使用,电动势略有下降,则因此得出的金属丝电阻率比真实值
________(选填“偏大”“偏小”或“相同”)。
【解析】(1)金属丝的直径为d=2 mm+0.01×0.0 mm=2.000 mm。
1 E 1
(2)由图丙知,当 =1.2 A-1,L =0时,由闭合回路可得 =R+R +r,解得R+r=2.6 Ω,当 =
I 1 I A I
1 1 2
ρL
E 2
2.2 A-1,L =0.6 m时,由闭合回路可得 =R+R +r+R ,解得R =3 Ω,又R = d ,解得ρ≈1.6×10-5
2 I A x x x π( )2
2 2
Ω·m
(3)由(2)分析可知R+r=2.6 Ω,则r=0.60 Ω
(4)由(2)分析可知E=E+R ,解得R = (I -I )E,电源因为长期使用,电动势略有下降,则计算时
x x 1 2
I I I I
2 1 1 2ρL
E偏大,R 偏大,由R = 可知,得出的金属丝电阻率偏大。
x x
S
答案:(1)2.000 (2)1.6×10-5 Ω·m
(3)0.60 (4)偏大
2.(8分)有一根细而均匀的圆柱体导体棒样品(如图1),电阻约为100 Ω,为了测量其电阻率ρ,现
提供以下实验器材:10分度的游标卡尺、螺旋测微器,电流表A (量程50 mA,内阻r 为100 Ω);
1 1
电流表A (量程100 mA,内阻r 约为40 Ω);电流表A (量程1 A,内阻r 约为0.1 Ω);滑动变阻器
2 2 3 3
R(20 Ω,额定电流1 A)、直流电源E(12 V,内阻不计)、圆柱体导体棒样品R 、开关一只、导线
x
若干。
(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
品的直径如图3所示,其示数D=________mm。
(2)为了尽可能精确地测量样品电阻 R ,电路原理图如图4所示,图中甲电流表应选________;乙
x
电流表应选________。(均选填“A ”“A ”或“A ”)
1 2 3(3)闭合开关,测量出需要测量的物理量是____________。
(4)根据(1)(3)步测量的数据字母,表示出电阻率ρ=________。
【解析】(1)根据游标卡尺的读数规则有6 cm+5 × 0.1 mm = 6.05 cm。
根据螺旋测微器的读数法则有3.5 mm+13.0 × 0.01 mm = 3.630 mm。
(2)实验器材中没有电压表,可以用已知内阻的电流表A 与待测电阻并联测电压,即电流表甲选
1
择A ;乙电流表若选择A 则量程过大,则应选A 。
1 3 2
(3)需要测量的物理量是电流表A 的读数I ,电流表A 的读数I 。
1 1 2 2
L
L
(4)由电阻定律可知R =ρ =ρ D ,
x S π( )2
2
由欧姆定律可知待测电阻阻值R = I r ,
x 1 1
I -I
2 1
联立解得电阻率ρ= πI r D2 。
1 1
4(I -I )L
2 1
答案:(1)6.05 3.630 (2)A A (3)电流表A 的读数I ,电流表A 的读数I
1 2 1 1 2 2
(4) πI r D2
1 1
4(I -I )L
2 1
3.(8分)(2023·石家庄模拟)某同学利用实验室现有器材,设计了一个测量电阻阻值的实验。测
量电路如图所示,实验器材如下:电池组E(电动势为9 V,内阻较小可忽略不计);
电压表V (量程为0~6 V,内阻为3 000 Ω);
1
电压表V (量程为0~10 V,内阻为5 000 Ω);
2
定值电阻R (阻值为5 000 Ω);
0
滑动变阻器R(最大阻值为3 000 Ω);
待测电阻R ;
x
单刀单掷开关S ,单刀双掷开关S ,导线若干。
1 2
(1)断开开关,将滑动变阻器R的滑片移到阻值最大的一端,按照电路图连接电路。闭合开关S ,
1
1
单刀双掷开关S 接1,移动滑动变阻器的滑片,使电压表指针指在满刻度的 处。该同学选择的
2
2
电压表为________(选填“V ”或“V ”);此时滑动变阻器接入电路的阻值应为________Ω。
1 2
3
(2)保持滑动变阻器的阻值不变,单刀双掷开关S 接2,电压表指针指在满刻度的 处,则R 的测
2 x
5
量值为________Ω。
(3)本实验中,未考虑电池组的内阻,这对R 的测量值________ (选填“有”或“无”)影响。
x
1
【解析】(1)单刀双掷开关S 接1,电压表指针指在满刻度的 处,若选择的电压表为V ,则电压
2 1
2
表示数为3 V,电压表V 与R 并联的等效电阻R = R R =15 000 Ω,由串联电路规律,有 U
1 0 1 0 V1 1
R +R 8 R
0 V1 1
E-U 15 000
= 1,解得R接入电路的阻值R= Ω=3 750 Ω
R 4大于滑动变阻器R的最大阻值3 000 Ω;
若选择的电压表为V ,则电压表示数为5 V,电压表V 与R 并联的等效电阻R = R R =2 500
2 2 0 2 0 V2
R +R
0 V2
Ω,由串联电路规律,有 U =E-U ,
2 2
R R'
2
解得R接入电路的阻值R'=2 000 Ω,
小于滑动变阻器R的最大阻值3 000 Ω,所以该同学选择的电压表为V 。
2
3
(2)单刀双掷开关S 接2,电压表指针指在满刻度的 处,电压表示数U =6 V由串联电路规律,有
2 3
5
U =E-U ,解得R =4 000 Ω,由R = R R ,解得R =20 000 Ω。
3 3 3 3 x V2 x
R R' R +R
3 x V2
(3)根据上述运算可知,可以把电池内阻与滑动变阻器的电阻合在一起考虑,因此本实验未考虑
电池内阻,这对R 的测量值无影响。
x
答案:(1) V 2 000 (2)20 000 (3)无
2
4.(9分)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时,其阻值随温度的变化关系。实验电路如
图所示,实验设定恒定电流为50.0 μA,主要实验器材有:恒压直流电源E、加热器、测温仪、热
敏电阻R 、可变电阻R 、电流表A、电压表V。
T 1(1)用加热器调节R 的温度后,为使电流表的示数仍为50.0 μA,须调节___________(选填一种
T
给定的实验器材)。当R 两端未连接电压表时,电流表示数为50.0 μA;连接电压表后,电流表示
T
数显著增大,须将原电压表更换为内阻____________(选填“远大于”“接近”或“远小
于”)R 阻值的电压表。
T
(2)测得R 两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,
T
R 的阻值随温度的平均变化率是________kΩ·℃-1(保留2位有效数字)。
T
【解析】(1)由题知恒压直流电源E的电动势不变,而用加热器调节R 的温度后,导致整个回路
T
的总电阻改变。而要确保电流表的示数仍为50.0 μA,则需控制整个回路的总电阻不变,故须调
节可变电阻R 。连接电压表后,电流表示数显著增大,则说明电压表与R 并联后R 减小,则根
1 T 总
R
R R T
据并联电阻的关系有R
总
=
T V
=
R
,要保证R
总
不变,须将原电压表更换为内阻远大于R
T
R +R T +1
T V R
V
阻值的电压表。(2)实验设定恒定电流为50.0 μA,由题图可得温度为35.0 ℃时电压表的电压为1.6 V,则根据欧
姆定律可知此时热敏电阻R =32 kΩ;温度为40.0 ℃时电压表的电压为1.3 V,则根据欧姆定律
T1
可知此时热敏电阻R =26 kΩ,则温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,R 的阻值随温度的平
T2 T
ΔR
均变化率是k= T=-1.2 kΩ·℃-1,负号表示随着温度升高R 的阻值减小。
T
Δt
答案:(1)可变电阻R 远大于 (2)-1.2
1
5.(9分)为了节能和环保,一些公共场所用光控开关控制照明系统,光控开关可用光敏电阻控制,
如图甲所示是某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线,照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,
照度单位为:勒克斯(lx)。
(1)如图乙所示,电源电动势为3 V,内阻不计,当控制开关两端电压上升至2 V时,控制开关自动
启动照明系统。要求当天色渐暗照度降至 1.0 lx 时控制开关接通照明系统,则
R =________kΩ。
1
(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值,设计了如图丙所示的电路进行测量,电源
(E=3 V,内阻未知),电阻箱(0~99 999 Ω)。实验时将电阻箱阻值调至最大,闭合S ,将S 与1相连,
1 2减小电阻箱阻值,使灵敏电流计的示数为I,图丁为实验时电阻箱的阻值,其读数为________kΩ;
然后将S 与2相连,调节电阻箱的阻值如图戊所示,此时电流表的示数恰好为 I,则光敏电阻的
2
阻值为______kΩ(结果均保留3位有效数字)。
【解析】(1)电阻R 和R 串联,有 U =U ,U =2 V,U =3 V-2 V=1 V,当照度为1.0 lx时,电阻R =20
1 0 1 0 0 1 0
R R
1 0
kΩ,则 R =10 kΩ。(2)题图丁所示电阻箱读数为 R =62.5 kΩ,题图戊所示电阻箱读数 R '=22.5
1 2 2
kΩ,本题采用等效替代法测电阻,前后两次电路中的电流相等,则电路中的总电阻相等,则有
R =R '+R ',所以R '=40.0 kΩ。
2 0 2 0
答案:(1)10 (2)62.5 40.0
