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第48 讲 电学实验基础
1.(2025·湖南·高考真题)某同学通过观察小球在黏性液体中的运动,探究其动力学规律,
步骤如下:
(1)用螺旋测微器测量小球直径D 如图1 所示,
。
(2)在液面处由静止释放小球,同时使用频闪摄影仪记录小球下落过程中不同时刻的位置,
频闪仪每隔
闪光一次。装置及所拍照片示意图如图2 所示(图中的数字是小球到液面的
测量距离,单位是
)。
(3)根据照片分析,小球在A、E 两点间近似做匀速运动,速度大小
(保
留2 位有效数字)。
(4)小球在液体中运动时受到液体的黏滞阻力
(k 为与液体有关的常量),已知小
球密度为
,液体密度为
,重力加速度大小为g,则k 的表达式为
(用题中
给出的物理量表示)。
(5)为了进一步探究动力学规律,换成直径更小的同种材质小球,进行上述实验,匀速运动
时的速度将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】 2.207/2.206/2.205
减小
【详解】(1)[1]根据图1 可知小球直径D=2mm+20.7×0.01mm=2.207mm
(2)[2]由图2 可知A、E 两点间的距离为
时间为
所以速度为
真题演练
1
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(4)[3]小球匀速运动,根据受力平衡有
求得体积公式为
整理可得
(5)[4]根据(4)可知
,所以换成直径更小的同种材质小球,速度将减小。
2.(2025·广东·高考真题)请完成下列实验操作和计算。
(1)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中,用螺旋测微器测量小球的直径,示数如图
所示,读数 mm。
(2)实验小组利用小车碰撞实验测量吸能材料的性能,装置如图所示,图中轨道由轨道甲和乙
平滑拼接而成,且轨道乙倾角较大。
①选取相同的两辆小车,分别安装宽度为1.00 cm 的遮光条。
②轨道调节。
调节螺母使轨道甲、乙连接处适当升高。将小车在轨道乙上释放,若测得小车通过光电门A
和B 的 。证明已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力。
③碰撞测试
先将小车1 静置于光电门A 和B 中间,再将小车2 在M 点由静止释放,测得小车2 通过光电
门A 的时间为t2,碰撞后小车1 通过光电门B 的时间为t1。若t2 t1,可将两小车的碰
撞视为弹性碰撞。
④吸能材料性能测试。
将吸能材料紧贴于小车2 的前端。重复步骤③。测得小车2 通过光电门A 的时间为10.00
ms,两车碰撞后,依次测得小车1 和2 通过光电门B 的时间分别为15.00 ms、30.00 ms,不计
吸能材料的质量,计算可得碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2 动能的比值为 (结
2
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果保留2 位有效数字)。
【答案】(1)8.260/8.261/8.259
(2) 时间相等 = 0.56
【详解】(1)根据题意,由图可知,小球的直径为
(2)②[1]若已平衡小车在轨道甲上所受摩擦力及其他阻力,小车将在轨道甲上做匀速直线
运动,通过两个光电门的速度相等,即通过光电门A 和B 的时间相等。
[2]
③
若两个小车发生弹性碰撞,由于两个小车的质量相等,则碰撞后两个小车的速度互换,
即碰撞后小车1 的速度等于碰撞前小车2 的速度,则有t2 = t1
[3]
④
根据题意可知,碰撞前小车2 的速度为
碰撞后,小车1 和小车2 的速度分别为
,
则碰撞后两小车总动能与碰撞前小车2 动能的比值为
3.(2025·河北·高考真题)1992 年,江苏扬州出土的古代铜卡尺,由固定尺和活动尺组成,
现代游标卡尺的构件与其非常相似,已成为常用的测量工具。用游标卡尺测量某物体的长度,
示数如图所示,其读数为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【详解】根据游标卡尺的读数规则可知主尺读数为17mm,游标尺为50 分度,每分度值为
0.02mm,第10 条刻度线对齐,则游标尺的读数为
所以读数为17mm+0.20mm=17.20mm
故选C。
4.(2013·山东·高考真题)图甲为一游标卡尺的结构示意图,当测量一钢笔帽的内径时,应
该用游标卡尺的 (填“A”“B”或“C”)进行测量;示数如图乙所示,该钢笔帽的内
径为 mm。
3
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【答案】 A 11.25
【详解】[1]由游标卡尺的结构原理可知,测内径应选游标卡尺的内测量爪,故选A;
[2]游标卡尺的主尺读数为11mm,游标尺的读数为
故钢笔帽的内径为
5.(2009·宁夏·高考真题)某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度l,用螺旋测微器测量该
圆柱体的直径d,示数如图.由图可读出l= cm,d= mm.
【答案】 2.25 6.860
【详解】游标卡尺的读数x=22mm+0.1mm×5=22.5mm=2.25cm;
螺旋测微器的读数y=6.5mm+0.01mm×36.0=6.860mm.
6.(2025·安徽马鞍山·二模)某实验小组用图甲所示的圆锥摆装置,做测定当地重力加速度
大小的实验。小钢球在水平面内做匀速圆周运动,圆心为
,测得小钢球的直径为d、O 点
到钢球的距离为l、小球转动n 圈所用的时间为t、小球做圆周运动的半径为r。
模拟冲关
4
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(1)实验中用游标卡尺测量小球直径如图乙所示,读数
mm。
(2)关于该实验,以下表述正确的是______。(填正确答案标号)
A.本次实验中需要测出小球的质量m
B.实验中小球和摆线形成圆锥摆的摆长为
C.小球做圆周运动的周期为
(3)当地重力加速度大小
。(用题中所给物理量符号表示)
【答案】(1)
(2)C
(3)
【详解】(1)游标卡尺的主尺读数为
,游标尺上第10 条刻度和主尺上某一刻度对齐,
所以游标尺的读为
,测量小球直径为
。
(2)根据受力分析可得,小钢球在水平面内做匀速圆周运动时,由牛顿第二定律
可得
本次实验中不需要测出小球的质量m 即可测得
值。A 错误;
B.实验中小球和摆线形成圆锥摆的摆长为
,B 错误;
C.小球转动n 圈所用的时间为t,故小球做圆周运动的周期为
,C 正确。
5
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故选C。
(3)
小钢球在水平面内做匀速圆周运动时,对小钢球受力分析,由牛顿第二定律可得
解得
。
7.(24-25 高三下·湖南长沙·阶段练习)小刘同学设计了如图甲所示的装置验证机械能守恒
定律,安装在竖直平面半径为
的带角度刻度线的光滑半圆轨道,最低点固定一光电门(图
中未画出)。将小球(直径
)拉离竖直方向一定角度
由静止释放,记录小球通过光
电门的时间。
(1)用游标卡尺测量小球的直径
,由于前小半部分被遮挡,只能看到后半部分,测量结果如
图乙所示,则小球的直径为
。
(2)若有关系式 (用
、
、
、、
表示)成立,则可验证该过程小球的机械能守恒。
(3)小王同学用该装置测量当地的重力加速度大小,分别记录小球拉开的角度
,
,
…,
和对应的遮光的时间
,
,
…。由实验数据,通过描点作出了如图丙所示的线性图像,
则图像的横坐标应为 (选填“
”“
”或“
”)。如果不考虑实验误差,若该图
线斜率的绝对值为
,则当地的重力加速度大小为 (用
、
、
表示)。
【答案】(1)0.620
(2)
(3)
6
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【详解】(1)根据游标卡尺的读数规律,该读数为
(2)由机械能守恒得
根据光电门测速原理有
解得
(3)[1]结合上述有
变形可得
可知,图像横坐标应为
。
[2]该图线斜率的绝对值为
,则有
解得
8.(2025·广东深圳·三模)(1)用游标卡尺测某金属管的内径,示数如图1 所示。则该金属管
的内径为 mm。
(2)打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点,其中一部分如图2 所示,B、C、D
为纸带上标出的连续3 个计数点,相邻计数点之间还有4 个计时点没有标出。打点计时器接
在频率为50Hz 的交流电源上。则打C 点时,纸带运动的速度
m/s(结果保留小数
点后两位)。
7
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(3)在做“用单摆测定重力加速度”的实验中,有人提出以下几点建议;其中对提高测量结果
精确度有利的是______。
A.适当加长摆线
B.质量相同,体积不同的摆球,应选用体积较大的
C.单摆偏离平衡位置的角度不能太大
D.当单摆经过平衡位置时开始计时,经过一次全振动后停止计时,用此时间间隔作为单
摆振动的周期
【答案】(1)31.4
(2)0.44
(3)AC
【详解】(1)10 分度游标卡尺的精确值为
,由图可知该金属管的内径为
(2)相邻计数点之间还有4 个计时点没有标出,则相邻计数点的时间间隔为
匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,则有
(3)A.单摆的摆长越长,周期越大,适当加长摆长,便于测量周期,可以减小测量的误差,
提供测量结果的精确度,故A 正确;
B.要减小空气阻力的影响,应选体积较小的摆球,故B 错误;
C.单摆在摆角很小的情况下才做简谐运动,则单摆偏离平衡位置的角度不能太大,一般不
超过5°,故C 正确;
D.单摆周期较小,把一次全振动的时间作为周期,测量误差较大,应采用累积法,测多个
周期的时间取平均值作为单摆的周期,故D 错误。
故选AC。
9.(2025·陕西汉中·二模)某物理小组利用图甲所示的装置测量重力加速度的大小
8
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(1)用游标卡尺测量小球的直径,示数如图乙所示,小球直径
mm;
(2)测出小球释放位置到光电门的高度为h,小球通过光电门的遮光时间为t,则小球通过光电
门的速度大小
;改变光电门的高度,测出多组
和,以
为纵坐标,以
为横坐标,作出
的关系图线,图线的斜率为k,则当地的重力加速度大小g=
(用字母
和
表示)。
【答案】(1)9.30
(2)
【详解】(1)图乙可知游标卡尺精度为0.05mm,由题图乙知小球的直径
(2)[1]小球通过光电门时的速度大小
[2]根据
整理得
在
坐标系中,图线的斜率
当地的重力加速度大小
10.(2025·安徽·模拟预测)某同学设置了如图甲所示装置验证机械能守恒定律。细线一端
连接在铁架台支架上的O 点,另一端连接一个小铁球,刻度尺竖直固定在铁架台支架上,零
刻度与固定在支架上的光电门中心对齐,厚度不计的长木板水平放置,右端固定在支架上
调节固定螺钉可上下移动,将小球拉到某一位置球心与水平木板下边对齐,由静止释放小
球,小球摆到最低点时恰好通过光电门,已知重力加速度为
9
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(1)用游标卡尺测出小球的直径,示数如图乙所示,则小球直径
(2)按实验操作要求进行正常操作,记录每次水平长木板下边所对刻度值h 及小球通过光电门
的时间t,改变长木板的位置多次实验,测得多组h 及对应的小球挡光时间,作
图像,
如果图像是一条过原点的倾斜直线,且图像的斜率等于
用g、d 表示,则小球下
摆过程中机械能守恒得到验证。
(3)若实验中由于木板的重力使得木板不再水平,则每次实验测得的重力势能的减少量
填“偏大”或“偏小”
【答案】(1)
(2)
(3)偏大
【详解】(1)游标卡尺的分度值:
,示数为
(2)如果机械能守恒,则
得到
因此,如果图像是一条过原点的倾斜直线,且图像的斜率等于
,则小球下摆过程中机械
能守恒得到验证。
(3)若实验中由于木板的重力使得木板不再水平,则测得的h 比实际的大,因此测得重力势
能的减小量偏大。
11.(2025·安徽·一模)某物理兴趣小组要测量绕制滑动变阻器的电阻丝的电阻率,已知紧
密贴合单层绕制的电阻丝共120 匝,如图甲所示,具体步骤如下:
10
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(1)同学A 用游标卡尺测量金属筒的直径,如图乙所示,读数为 mm;使用螺旋测微
器测量电阻丝的直径,如图丙所示,读数为 mm。
(2)同学B 使用如图丁所示的电路测量滑动变阻器的最大阻值Rx,把待测滑动变阻器的阻值调
至最大处,闭合开关S,调节电阻箱R0的阻值,读出多组电流表的示数I 以及对应的R0数值,
作出如图戊所示的
图像,忽略电源及电流表的内阻,由图像分析可得滑动变阻器的最
大阻值Rx为 Ω,使用的电源电动势为 V。
(3)根据以上实验数据可得绕制滑动变阻器的电阻丝的电阻率约为 Ω•m(结果保留三
位有效数字)。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】(1)[1]游标卡尺的读数为
[2]螺旋测微器的读数
(2)[1][2]根据闭合电路的欧姆定律则有
变形可得
由戊图可得
,
解得
,
(3)由题可知,金属丝的总长度
(金属丝的直径相对于金属圆筒的直径较小,
计算时可以忽略),金属丝的横截面积
,根据电阻定律
代入数据解得
12.(2024·四川·模拟预测)某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。他测出小
钢球的直径
、质量
,将不可伸长的轻绳一端连接固定的拉力传感器,另一端连接小钢球,
11
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使小钢球静止在最低点,测出绳长
,然后拉起小钢球至某一位置,测出轻绳与竖直方向之
间的夹角
,随即将其由静止释放。小钢球在竖直平面内摆动,记录钢球摆动过程中拉力传
感器示数的最大值
。改变
,重复上述过程。根据测量数据在直角坐标系中绘制
图像。当地重力加速度为
。
(1)该同学用游标卡尺测小球直径
时,示数如图乙所示,则
。
(2)某次测量时,传感器示数的最大值为
,则小球该次通过最低点的速度大小为 (用
题中所给物理量的符号表示)。
(3)该同学绘制的
图像如图丙所示,若小球运动过程中满足机械能守恒,则图像的
斜率大小
(用题中所给物理量的符号表示)。
【答案】(1)12.30
(2)
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(3)
【详解】(1)图乙中用游标卡尺测得小球的直径为
(2)小球通过最低点时传感器的示数最大,由牛顿第二定律
求得
(3)小球由最高点运动至最低点过程中,根据机械能守恒定律有
小球通过最低点时有
联立得
故
图像的斜率大小
13.(24-25 高二上·广东惠州·期中)现有一合金制成的圆柱体,用螺旋测微器测量该圆柱体
的直径,用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲、乙所示。
(1) 由甲、乙两图读得圆柱体的直径为 mm,长度为 mm。
(2)用多用电表电阻挡“×10”挡粗测圆柱体的阻值R,发现指针偏角较大,为了更准确的测
出圆柱体的阻值,下列操作正确的是 。
A.将选择开关旋转到电阻挡“×1”的位置,两表笔短接调零,再次测量电阻
B.将选择开关旋转到电阻挡“×100”的位置,两表笔短接调零,再次测量电阻
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C.将两表笔短接调零,再将选择开关旋转到电阻挡“×1”的位置,再次测量电阻
D.将两表笔短接调零,再将选择开关旋转到电阻挡“×100”的位置,再次测量电阻
(3) 为进一步精确测量圆柱体的阻值Rₓ(阻值约为20Ω),实验室提供了以下器材并采用
下图测量:电源E(电动势3V,内阻不计)
电流表A₁(量程150mA、内阻
约10Ω)
电流表A₂(量程1mA,内阻
)
定值电阻R0(电阻为2900Ω)
滑动变阻器R(最大阻值5Ω)开关S 和导线若干
(4)用I₁、I₂ 分别表示电流表A₁、A₂ 的示数, 则
(用字符
和
表示)。
【答案】
/1.844/1.846
/42.35/42.45 A
【详解】(1)[1] 由甲图,读得圆柱体的直径为
[2]由乙图,读得圆柱体的长度为
(2)[3]指针偏角较大,说明圆柱体的阻值R 比较小,需要换小倍率的电阻挡,换挡后需要
欧姆调零,调零后再测,所以选A。
(4)[4]通过待测电阻的电流为
待测电阻两端的电压为
所以待测电阻
14
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14.(24-25 高三上·江苏无锡·阶段练习)下图是一款能显示转速的多功能转动平台。某兴趣
小组的同学利用该平台测量正六边形螺母与转盘间的动摩擦因数
。(设最大静摩擦力等于
滑动摩擦力,重力加速度g 取
)
(1)用游标卡尺测量螺母宽度
,再将螺母置于转盘上,进而测量出螺母做圆周运
动半径R。
(2)缓慢调节转动平台转速至螺母恰好滑动,读出此时平台转速n。则μ= 。(用题中所给
字母表达)改变螺母位置多次测量求出μ 的平均值。
(3)有同学认为很难准确判断螺母恰好运动时的状态。于是他们提出了另一个探究方案。在螺
母上固定一个无线力传感器(螺母和传感器总质量
)并用轻绳连接传感器与转轴。
调节平台转速,测出五组数据如表所示:
组数
物理量
1
2
3
4
5
绳子拉力F(N)
0.40
0.45
1.00
1.71
2.58
转速n(r/min)
60
90
120
150
180
转速平方n2(r2/s2)
1.0
2.3
4.0
6.3
9 0
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他们在坐标纸中已经描出四个实验点,请将剩余一个点在坐标纸中描出,并画出
图像
。
①根据绘制
图像可测定六角螺母与转盘间的动摩擦因数μ= 。(保留两位有效
数字)
②小明认为若在平台加速转动时,就进行测量读数,则对μ 的测量值无影响,你是否同意他
的观点?请简述理由: 。
【答案】(1)3.060
(2)
(3)
0.20 不同意;见解析
【详解】(1)20 分度游标卡尺的精确值为0.05mm,由图可知螺母宽度为
(2)缓慢调节转动平台转速至螺母恰好滑动,则有
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又
联立,可得
(3)[1]将剩余一个点在坐标纸中描出,并画出
图像,如图所示
[2]
①
根据牛顿第二定律。可知
整理,可得
结合
图像可知图线的纵轴截距为
解得六角螺母与转盘间的动摩擦因数
μ=0.20
[3]
②
不同意他的观点。理由:转台加速转动时静摩擦力会有沿切线方向的分力用以增加螺母
速度大小,则测量值只是沿径向方向的摩擦力,使得摩擦力测量值偏小,μ 的测量值偏小。
15.(2024·安徽·三模)某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率
.步骤如下:
(1)用游标为20 分度的卡尺测量其长度如图甲所示,由图可知其长度
mm;
(2)用螺旋测微器测量其直径D 如图乙所示,则
mm;
17
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(3)待测金属丝电阻约为0.4Ω,为了精确测量其阻值,实验室提供的器材有:
电流表
(量程
,内阻为
);
电流表
(量程
,内阻
约为
);
电压表V(量程为
,内阻为
);
定值电阻
;
定值电阻
;
滑动变阻器R(最大阻值为5Ω);
电源E(电动势为1.5V,内阻约为
);
开关S 一只,导线若干;
该实验小组设计的部分测量电路如图(虚线框内)所示,为提高实验精度,要求流过待测金
属丝的电流从零开始变化。为保证安全、准确、调节方便,请选择合适的器材,定值电阻选
、电表1 选 、电表2 选 、并在虚线框中画出完整的实验电路图 。
【答案】(1)50.15
(2)4.700/4.699/4.701
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(3)
【详解】(1)由题图可知,游标卡尺的精确度为0.05mm,所以其读数为
(2)螺旋测微器的读数为
(3)[1][2][3]由于电源的电动势为1.5V,电压表的量程为15V,量程较大,则测量误差较大,
不能用已知的电压表测量金属丝和定值电阻两端的电压,只能用电流表来测定电压,电流表
的内阻是确定的,可以用来测定电压,故电表2 选用
,电表1 选用
;电表2 的电压
在
之内,则待测金属丝和定值电阻的阻值应在1.5Ω 左右,所以定值选用
。
[4]因为实验要求电流从零开始调节,所以滑动变阻器采用分压式接法,电路图如图所示
16.(2023·天津和平·三模)某实验小组同学要测量阻值约为350Ω 的定值电阻Rx,现备有下
列器材:
A 电流表A(量程为10mA,内阻约为100Ω);
B.电压表V(量程为3V,内阻约为3kΩ);
C.滑动变阻器R1(阻值范围为0~10Ω,额定电流为2A);
D.定值电阻R2(阻值为750Ω);
E.直流电源E(电动势为4.5V,内阻不计);
F.开关S 和导线若干。
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(1)实验小组设计了如图甲、乙所示的两种测量电路,电阻的测量值可由
计算得出。
式中U 与I 分别为电压表和电流表的读数,则图 (填“甲”或“乙”)所示电路的测
量值更接近待测电阻的真实值。
(2)若采用(1)中所选电路进行测量,得到电压表和电流表的示数如图丙所示,则由此组
数据可得待测电阻的测量值Rx= Ω,若所用电压表和电流表的内阻分别按3kΩ 和
100Ω 进行计算,则由此可得待测电阻的真实值R 真= Ω。(计算结果均保留三位有效
数字)
【答案】 乙 300 333
【详解】(1)[1]由于
可知电流表分压更明显,故采用电流表外接法,则题图乙所示的电路测量更准确,测量值更
接近待测电阻的真实值。
(2)[2]根据读数规律可知,电压表的示数
电流表的示数为
根据欧姆定律可得待测电阻的阻值为
[3]电路误差在于电压表的分流,则
17.(2023·北京西城·二模)某同学在实验室进行测量电阻的实验。
(1)该同学先用欧姆表“
”挡粗测一个未知电阻R 的阻值,示数如图1 所示,对应的读
数是
。
20
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(2)他进一步采用伏安法进行精确测量,测量电路如图2 所示,其中电压表的内阻约为
,电流表的内阻约为
,为了尽量减小实验误差,电压表的右端应接在
点(选填“M”或“N”)。
(3)随着居民生活水平的提高,纯净水已经进入千家万户。电导率是检验纯净水是否合格的
一项重要指标,它是电阻率的倒数。该同学为了测量某品牌纯净水样品的电导率,将采集的
水样注满绝缘性能良好的横截面直径为几厘米的薄塑料圆柱形容器,容器两端用很薄的金属
圆片电极密封,如图3 所示。
a. 他先通过查阅资料估算出容器内水样的电阻约为十万欧,然后用伏安法进行测量。除开关
和若干导线外,他还找到下表所示的器材,请选择合适的器材,设计测量该水样电阻的方案,
在下图方框内画出电路图,并标注所选器材的代号,水样的电阻用
表示。
器材(代号)
规格
电源(
)
电动势约为3.0V,内阻可以忽略不计
电源(
)
电动势约为15.0V,内阻可以忽略不计
电压表(
)
量程0~3V,内阻约
电压表(
)
量程0~15V,内阻约
21
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电流表(
)
量程0~0.6A,内阻约
电流表(
)
量程
,内阻约
滑动变阻器(R)
总阻值约
b. 测出水样的电阻
后,为了测出样品的电导率,请写出该同学还需要测量的物理量,以
及使用的测量工具和测量方法。
【答案】 8 M 见解析 见解析
【详解】(1)[1]该同学先用欧姆表“
”挡粗测一个未知电阻
的阻值,由图1 可知读数
为
(2)[2]根据
为了尽量减小实验误差,电流表应采用外接法,则电压表的右端应接在M 点。
(3)a[3]水样的电阻约为十万欧,若电源选择电动势为
的
,则最大电流为
若电源选择电动势为
的
,则最大电流为
则电流表应选择量程为
的
;为了使电流表
读数超过量程的
,电源应选择
电动势为
的
,电压表应选择量程为
的
;由于待测电阻约为十万欧,远大
于电流表内阻和滑动变阻器阻值,为了减小误差,电流表应采用内接法,滑动变阻器采用分
压接法,电路图如图所示
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b[4]根据电阻定律可得
又
可知
则电导率为
为了测出样品的电导率,还需要测量圆柱形容器的长度和横截面的直径;
测量圆柱形容器的长度的工具和方法:用刻度尺测量圆柱形容器的长度,多次测量取平均值;
测量圆柱形容器横截面直径的工具和方法:用游标卡尺测量圆柱形容器横截面直径,在圆柱
形容器的不同位置多次测量取平均值。
18.(2023·北京海淀·二模)在“测量金属丝的电阻率”的实验中,某同学选择一根粗细均
匀、阻值约为5Ω 的电阻丝进行了测量。
(1)在测量了电阻丝的长度之后,该同学用螺旋测微器测量电阻丝的直径,测量结果如图1
所示为 mm。
(2)现有电源(电动势E 为3.0V,内阻不计)、开关和导线若干,以及下列器材:
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A.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.2Ω)
B.电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ)
C.滑动变阻器(0~5Ω,额定电流2A)
D.滑动变阻器(0~200Ω,额定电流1A)
为减小误差,且电压调节范围尽量大,滑动变阻器应选 (选填器材前的字母)。然后
补充完成图2 中实物间的连线 。
(3)关于上述实验,下列说法正确的是 。
A.用螺旋测微器多次测量金属丝直径并取平均值可以减小系统误差
B.用电压电流图像处理实验数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
C.只考虑电表内阻引起的误差,电压表分流会导致电阻测量值偏小
D.只考虑电表内阻引起的误差,电流表分压会导致电阻测量值偏大
(4)电导率是电阻率的倒数,用希腊字母δ 表示,常用单位是西门子/厘米(S/cm),即
。电导率是反映水质的一项重要指标。资料显示某种饮用水的电导率约为
。将该饮用水灌入一个绝缘性能良好、高约12cm、容积约240mL 的薄壁塑料
瓶(如图3 所示),瓶的两端用两个略小于瓶底面积的固定金属圆片电极密封。请通过计算
说明用图2 中的实验器材能否较为精确的测量该饮用水的电导率。若能,请写出需要测量的
物理量及对应的测量方法;若不能,请提出一种改进措施 。
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【答案】
C
BC/CB 电流
表改为内接法
【详解】(1)[1]根据题意,由图可知,电阻丝的直径为
(2)[2][3]为减小误差,且电压调节范围尽量大,滑动变阻器采用分压接法,则选C。待测
电阻约为
,电流表采用外接法,补充完成图2 中实物间的连线,如图所示
(3)[4]A.用螺旋测微器多次测量金属丝直径并取平均值可以减小偶然误差,故A 错误;
B.用电压电流图像处理实验数据求金属丝电阻可以减小偶然误差,故B 正确;
CD.只考虑电表内阻引起的误差,本实验采用电流表外接,误差来源于电压表分流会导致电
流的测量值较大,则电阻测量值偏小,故D 错误,C 正确。
故选BC。
(4)[5]根据题意,由电阻定律可得,电阻约为
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电阻较大,不能精确的测量该饮用水的电导率,需要把电流表改为内接法。
19.(2023·山东·模拟预测)为测量金属丝的电阻率,实验小组从实验室中找到合适的器材
后,按照如下的步骤进行操作:
(1)用刻度尺测量金属丝的长度L,用螺旋测微器测量金属丝的直径d(如图甲所示),则
mm。
(2)分别用图乙和图丙所示的电路测量待测金属丝的电阻,图乙中电压表和电流表的示数分
别为
,图丙中电压表和电流表的示数分别为
。
(3)若采用图乙电路中的电表示数计算金属丝的电阻率ρ,则
(用题给字母表
示);若采用图丙电路中的电表示数计算金属丝的电阻率,则电阻率的测量值 真实值
(填“大于”“等于”或“小于”)。
【答案】 2.150/2.151/2.149
大于
【详解】(1)[1]根据题图甲可知,金属丝的直径
(3)[2]若采用题图乙电路,则由
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解得
[3]题图丙采用电流表内接法,金属丝两端电压的测量值偏大,所以电阻率的测量值也偏大。
20.(2023·天津河西·一模)(1)某工厂有一个圆柱体工件,小明同学想测量工件的电阻率。
①为了测量工件的电阻R,小明设计了如图甲所示的电路,请按设计的电路完成实物图乙的
连线 .
②实验中,把电压表的右端分别接于a 点和b 点,发现电流表的示数有明显的变化,如图丙
所示。为了减小实验误差,电压表的右端应接 (填“a”或“b”)点。
③若测得工件的长度为L、直径为D,工件两端的电压为U,通过工件的电流为I,则工件材
料电阻率的表达式为
(用已测量的物理量相应的字母表示)。
【答案】
【详解】[1]
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[2]实验中,把电压表的右端分别接于a 点和b 点,发现电流表的示数有明显的变化,说明电
压表分流比较明显,因此电流表应该采用内接法,为了减小实验误差,电压表的右端应该接
在
点。
[3]根据电阻定律有
又
,
联立可得工件材料的电阻率为
21.(2023·黑龙江大庆·一模)某工厂有一个圆柱体工件,小明同学想测量工件的电阻率。
(1)为了测量工件的电阻R,小明设计了如图甲所示的电路,请按设计的电路完成实物图乙
的连线 。
(2)实验中,把电压表的右端分别接于a 点和b 点,发现电流表的示数有明显的变化,如图
丙所示。为了减小实验误差,电压表的右端应接 (填“a”或“b”)点。
(3)若测得工件的长度为L、直径为D,工件两端的电压为U,通过工件的电流为I,则工
件材料电阻率的表达式为ρ= (用已测量的物理量相应的字母表示)。
【答案】 见解析 b
【详解】(1)[1]根据图甲电路图,实物连线如图所示
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(2)[2]实验中,把电压表的右端分别接于a 点和b 点,发现电流表的示数有明显的变化,说
明电压表的分流比较明显,电流表应采用内接法,为了减小实验误差,电压表的右端应接b
点。
(3)[3]根据电阻定律可得
又
,
联立可得工件材料电阻率
22.(22-23 高二上·北京东城·期中)在“测定金属的电阻率”的实验中,所用测量仪器均已
校准。已知待测金属丝的电阻值
约为
。可供选择的器材有:
电源E:电动势
,内阻约
电流表
:量程
,内阻约
电流表
:量程
,内阻约
电压表
:量程
,内阻约
电压表
:量程
,内阻约
滑动变阻器R1:最大阻值
,允许最大电流
滑动变阻器R2:最大阻值
,允许最大电流
开关一个,导线若干。
(1)在上述器材中,应该选用的电流表是 ,应该选用的电压表是 。若想
尽量多测几组数据,应该选用的滑动变阻器是 (填写仪器的字母代号)。
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(2)用所选的器材,一位同学画出了测量电路如图甲或图乙所示,电阻测量值由公式
计算得出,式中U 与I 分别为电压表和电流表的示数。若将图甲和图乙电路电阻的测
量值分别记为
和
,则 (选填“
”或“
”)更接近待测电阻的真实值;
该测量值 (选填“大于”、“等于”或“小于”)待测电阻的真实值。
(3)关于本实验的误差,下列说法正确的是 。
A.对金属丝的直径多次测量求平均值,可消除误差
B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差
C.利用电流I 随电压U 的变化图线求
可减小偶然误差
【答案】 A1 V1 R1
小于 C
【详解】(1)[1][2] 电源电动势是3V,电压表应选择V1,电路最大电流约为
电流表应选择A1。
[3]若想尽量多测几组数据,滑动变阻器采用分压式接法,应该选用的滑动变阻器是R1。
(2)[4]由题意可知
则
故电流表应采用外接法,则Rx2更接近待测电阻的真实值。
[5]由于电压表的分流,电流的测量值偏大,由欧姆定律可知,电阻测量值小于真实值。
(3)[6] A.实验中产生的误差不能消除,只能减小,故A 错误;
B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于系统误差,故B 错误;
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C.利用图像法求解电阻可减小偶然误差,故C 正确。
故选C。
23.(2021·四川内江·二模)要测一个待测电阻
的阻值,实验室提供了如
下器材:
A.电源E:电动势
,内阻不计;
B.电流表A:量程
,内阻
为
;
C.电压表V:量程
,内阻
约为
;
D.滑动变阻器R:最大阻值
,额定电流
;
E.定值电阻
;
F.定值电阻
;
G.定值电阻
;
H.电键S 及导线若干。
要求实验中尽可能准确测量R,的阻值,测量出多组数据,测量过程中所有电表的指针偏转
角度须大于最大刻度的
,请回答下面问题:
(1)为了测定待测电阻上的电流,可以将电流表并联定值电阻 (选填
或
或
),将其改装成一个大量程的电流表。
(2)利用所给器材,在虚线框内画出测量待测电阻
阻值的实验原理电路图(所有的器材
必须用题中所给的符号表示)。( )
(3)根据以上实验原理电路图进行实验,若测量电路中电流表表头的读数为
,电压
表的读数为
。根据它们的读数并结合题中所给数据,求出待测电阻
Ω
(结果保留三位有效数字)。
【答案】
248
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【详解】(1)[1] 将电流表改装成一个大量程的电流表,并联较小的分流电阻,根据题意可知,
并联电阻为
,改装后量程为
(2)[2]因为改装后电流表内阻已知,故采用内接法,滑动变阻器R:最大阻值
,小于待测
阻值,故采用分压式接法,电路图如下
(3)[3] 测量电路中电流表表头的读数为
,电压表的读数为
。待测电阻
24.(2021·北京西城·一模)某同学通过实验测量一个电阻的阻值。
(1)他先用多用电表对该电阻进行了初步测量。
他用电阻×1 挡进行测量,指针位置如图1 所示,则该电阻的阻值约为 。
(2)在(1)基础上,他想用电压表和电流表更精确地测量这个电阻的阻值。
他找来如下器材:
电流表:量程0~0.6A,内阻约0.1;
电压表:量程0~3V,内阻约3 k;
滑动变阻器:最大阻值15,额定电流1.0 A;
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电源:电动势3V,内阻约0.5;
开关一个,导线若干。
①为了减小实验误差,电流表和电压表的连接方法应该选用图2 中的 (选填
“甲”或“乙”),采用这种方式测量的结果与真实值相比偏 (选填“大”或
“小”)。
②他在相关实验手册中,看到图3 所示的两种滑动变阻器的连接方式,他选择了其中一种,
经过实验他得到下表中的数据。
电压
U/V
0.10
0.40
0.60
1.00
1.20
1.50
1.70
2.00
电流I/A
0.02
0.08
0.12
0.19
0.25
0.31
0.34
0.40
由数据可知,他选择的滑动变阻器的连接方式是图3 中的 (选填“甲”或
“乙”)。你的判断依据是: 。
【答案】 5 甲 小 乙 层级1:乙图是分压电路,采用分压电路Rx 的
电压可以从0 开始变化。表中的数据U 的最小值是0.10V,比较小,所以一定是采用了乙图。
层级2:若采用甲图,Rx 的电压的最小值约为
;若采用乙图,Rx 的
电压可以从0 开始变化。表中的数据U 的最小值是0.10V,所以一定是采用了乙图。
【详解】(1)[1]选用电阻×1 挡进行测量,根据指针位置知该电阻的阻值约为5;
(2)
[2]
①
电流表的内阻约0.1,比待测电阻小,而电压表的内阻约3 k,远大于待测电阻,
故选用图甲电流表外接法相对误差较小;
[3]采用电流表外接法,由于电压表的分流作用,使得电流表的测量值大于真实值,因此
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可得测量的结果根据与真实值相比偏小;
[4] [5]
②
由数据可知,他选择的滑动变阻器的连接方式是图3 中的“乙”图分压接法。依据如
下:
层级1:乙图是分压电路,采用分压电路Rx的电压可以从0 开始变化。表中的数据U 的最小
值是0.10V,比较小,所以一定是采用了乙图。
层级2:若采用甲图,Rx的电压的最小值约为
;若采用乙图,Rx的
电压可以从0 开变化。表中的数据U 的最小值是0.10V,所以一定是采用了乙图。
25.(2022·河北·模拟预测)如图甲所示是由某种金属制成的均匀空心柱体,其横截面内外
均为正方形,电阻约为50Ω,为比较准确测量其电阻率,实验室提供以下器材:
A.电流表:量程0~60mA,内阻约为0.20Ω
B.电压表
:量程0~3V,内阻为3kΩ
C.电压表
:量程0~15V,内阻约为5kΩ
D.滑动变阻器
:最大阻值10Ω
E.滑动变阻器
:最大阻值1kΩ。
F.电源:电动势3V,内阻不计
G.开关、导线若干
(1)用游标卡尺测得该导体截面的外边长D 读数如图乙所示,则
mm;
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(2)用伏安法可以更准确地测量该柱体的电阻,为使实验中数据有较大的测量范围,则滑动
变阻器应选择 (填仪器前的符号),电压表应选 (填仪器前的符号),电
路图应选择 (填电路图下方的代号)。
A.
B.
C.
D.
(3)若该空心柱体横截面的外正方形的边长为D,横截面金属厚度为d,柱体长度为L,电
流表读数为I,电压表读数为U,电压表内阻为r,用以上符号表示该柱体材料的电阻率
。
【答案】 30.50 D B B
【详解】本题考查测量金属电阻率实验。
(1)根据游标卡尺读数规则,游标尺0 刻度线在主尺30mm 刻度右侧,主尺为30mm,游标
卡尺为20 分度,精度为0.05mm,游标尺上刻度10 与主尺刻度线对齐,该导体截面的外边长
。
(2)题中要求实验中数据有较大的测量范围,滑动变阻器采用分压式接法,滑动变阻器选择
最大阻值较小的D,由于电源电动势为3V,所以电压表选择量程为0~3V 的B,由于电压表
内阻已知,所以电流表外接,电路图选择B。
(3)由欧姆定律有
由电阻定律有
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,
,
联立解得电阻率
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