高级中学物理电学实验图象问答含标准答案.doc

^` 电学实验图象问题归纳 白建涛 物理图象是物理知识重要的组成部分，利用图象提取物理信息解决物理问题是近几年高高考考查的热点问题。对于图象获取信息主要有这样几方面：一看轴二看点三看斜率四看线五看截距六看面（积）。在电学实验中对图象的考查尤为突出。 一.图象 此类图象主要看斜率和图线交点的物理意义 例1．某同学通过实验研究小灯泡的电流与电压的关系．可用的器材如下：电源（电动势3V，内阻1Ω）、电键、滑动变阻器（最大阻值20Ω）、电压表、电流表、小灯泡、导线若干． （1）实验中移动滑动变阻器滑片，得到了小灯泡的U-I图象如图a所示，则可知小灯泡的电阻随电压增大而 （填“增大”、“减小”或“不变”）． A B C － + 图b U/V I/A 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 图a （2）根据图a，在图b中把缺少的导线补全，连接成实验的电路（其中电流表和电压表分别测量小灯泡的电流和电压）。 （3）若某次连接时，把AB间的导线误接在AC之间，合上电键，任意移动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭，则此时的电路中，小灯泡可能获得的最小功率是 W。（电压表和电流表均为理想电表） 答案：（1）增大……2分 （2）如图……3分（3）0.32W（0.30~0.34都对）…… U/V I/A 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 图a A B C － + 图b 二.图象 此类图象多为图象的变式,需认清斜率和截距的含义 例2.某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5V的干电池外，还有一个方形的电池（层叠电池）。为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供有下列器材： A．电流表G（滿偏电流10mA，内阻10Ω） B．电流表A（0～0.6 A～3A，内阻未知） C．滑动变阻器R0（0～100Ω，1A） D．定值电阻R（阻值990Ω） E．开关与导线若干 （1）该同学根据现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，请你按照电路图在乙图上完成实物连线． （2）丙图为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1-I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），则由图线可以得到被测电池的电动势E＝　 　V ，内阻r= Ω。 答案：图略，10.02 , 1.02 三.图象 根据闭合电路欧姆定律导出斜率和截距的含义 例3.某同学利用DIS，定值电阻、电阻箱等实验器材测量电池a的电动势和内阻，实验装置如图1所示，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得端电压U，并在计算机上显示出如图2所示的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图2中的图线b. （1）由图线a可知电池a的电动势=______V，内阻=____。 （2）若用同一个电阻R先后与电池a及电池b链接，则两电池的输出功率_______（填“大于”、“等于”或“小于”），两电池的效率_____（填“大于”、“等于”或“小于”）。 解析：（1）根据，得，图象a，截距b=0.5，斜率k=0.25，所以电动势，内阻r=Ek=0.5Ω。 （2）从图象可知：截距，斜率，电动势，内阻，＜，＜，电池的输出功率，得小于；电池的效率，得大于。 本题考查用伏阻法（电压表和电阻箱）测电源的电动势和内阻，图像法，以及电源的输出功率及效率。 四．图象 例4．某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为9.999，科当标准电阻用） 一只电流表（量程=0.6A,内阻）和若干导线。 ①请根据测定电动势E内电阻的要求，设计图4中器件的连接方式，画线把它们连接起来。 ②接通开关，逐次改变电阻箱的阻值,读处与对应的电流表的示数I,并作记录当电阻箱的阻值时，其对应的电流表的示数如图5所示。处理实验数据时 首先计算出每个电流值I 的倒数;再制作R-坐标图，如图6所示，图中已标注出了（）的几个与测量对应的坐标点，请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6中上。 ③在图6上把描绘出的坐标点练成图线。 ④根据图6描绘出的图线可得出这个 电池的电动势E= V，内电阻 解析：根据闭合电路欧姆定律，测量电源的电动势和内电阻，需要得到电源的路端电压和通过电源的电流，在本实验中没有电压表，但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表，测量电源的路端电压，通过电流表的电流也是通过电源的电流，所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。实物图的连接如答图4所示。由闭合电路欧姆定律有： E =I（R+r+rg），解得：，根据R-1/I图线可知：电源的电动势等于图线的斜率，内阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。 答案： ① 见答图4 ②见答图6 ③见答图6 ④1.5（1.46~1.54）；0.3（0.25~0.35） 五、R--L图象 例5．在探究金属丝的电阻与金属丝长度的关系的实验中，某实验小组得到了如图所示的R-L 实验图线，则图线的斜率与导线的横截面积的乘积表示的物理量是 ． 一、a—F图象 例1．某同学在平衡好摩擦力后，保持小车质量不变的情况下，通过多次改变砝码重力，作出小车加速度a与砝码重力F的图象如右图所示，若牛顿第二定律成立，重力加速度g=10m/s2，则小车的质量为______kg，小盘的质量为______kg。(二个结果都保留两位有效数字) 二、a—m或a—1/m图象 某同学把实验得到的几组数据画成图丙的a-m图象，为了更直观描述物体的加速度跟其质量的关系，请你根据他的图象在图丁中画出a-图象。 图Ⅱ（b） A 3 0.6 V 3 15 1、(1）热敏电阻是传感电路中常用的电子元件。现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻值约4~5Ω。热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其它备用的仪表和器具有：盛有热水的热水杯（图中未画出）、电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Ω）、直流电压表（内阻约5kΩ）、滑动变阻器（0~20Ω）、开关、导线若干。 图Ⅱ（a） ①在图12（a）的方框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小。(4分) ②根据电路图，在图12（b）的实物图上连线。(4分) ③简要写出完成接线后的主要实验步骤 1)、往保温杯中加入热水，稍等读出温度值。 2)、 .(2分) 3)、重复①，②测出不同温度下的数据。 4)、 .(2分) 2、某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现在器材：直流恒流电源（在正常工作状态下输出的电流恒定）、电压表，待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等． (1)若用上述器材测量热敏电阻的阻的随温度变化的特性，请你在图的实物图上连线． （2）实验的主要步骤： ①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关， ， ，断开开关； ③重复第②步操作若干次，测得多组数据． （3）实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图10的R-t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式：R= + t(Ω)（保留3位有效数字） 3、某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率,所用器材包括:输出为3V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器（千分尺）、米尺、电阻箱、开关和导线等。 ⑴他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属夹可在金属丝上移动。请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图14 ⑵实验的主要步骤如下： ①正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关； ②读出电流表的示数，记录金属夹的位置； ③断开开关， ，合上开关，重复②的操作． ⑶该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并据此给出了图的关系图线，其斜率为 （保留三位有效数字）；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了 .的电阻之和． （4）他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图16所示.金属丝的直径是 .图15中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是 ，其数值和单位为 （保留三位有效数字）． 4、某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻（=5）一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图14(a). ①在图14（b）的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。 ②请完成下列主要实验步骤； A、检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图14（c）所示，读得电阻值是____________; B、将开关闭合，开关断开，电压表的示数是1.49V； C、将开关 _______,电压表的示数是1.16V；断开开关 。 ③使用测得的数据，计算出干电池的内阻是_______（计算结果保留二位有效数字）。 ④由于所有电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏_________(填“大”或“小”)。 5、在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：小电珠（2.5V，0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干。 ①粗测小电珠的电阻，应选择多用电表_____倍率的电阻档（请填写“1”、“10”或“100”）；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图16，结果为_____ ②实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图17完成实物图18中的连线。 ③开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于____端。为使小电珠亮度增加，P应由中点向_____端滑动。 ④下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点_____间多测几组数据（请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef” 数据点 a b c d e F U/V 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 I/A 0.000 0.122 0.156 0.185 0.216 0.244 6、按图1所示电路在图2所给出的实物图中画出连接导线. 7、根据电路图，请在图中画出连线，将器材连接成实验电路。 某同学用如图甲所示的气垫导轨和光电门装置“研究物体的加速度与外力关系”，他的操作步骤如下：①将一端带有定滑轮的气垫导轨放置在实验台上，②将光电门固定在气垫轨道上离定滑轮较近一端的某点B处，③将带有遮光条的质量为M的滑块放置在气垫导轨上的A处，④用重力为F的钩码，经绕过滑轮的细线拉滑块，使滑块从同一位置A由静止释放，测出遮光条通过光电门的时间t，⑤改变钩码个数，使滑块每次从同一位置A由静止释放，重复上述实验。记录的数据及相关计算如下表： 实验次数 1 2 3 4 5 F/N 0.49 0.98 1.47 1.96 2.45 t/（ms） 28.6 23.3 20.2 18.1 16.5 t2/（ms）2 818.0 542.9 408.0 327.6 272.25 t-2/[10-4(ms)-2] 12.2 18.4 24.5 30.6 36.7 (1)若用游标卡尺测出滑块上遮光条的宽度d如图乙所示，则遮光条的宽度d＝ ▲ cm,第一次测量中小车经过光电门时的速度为 ▲ m/s(保留两位有效数字) (2)实验中遮光条到光电门的距离为s，遮光条的宽度为d，遮光条通过光电门的时间为t，可推导出滑块的加速度a与t关系式为 ▲ 。 （3）本实验为了研究加速度a与外力F的关系，只要作出 ▲ 的关系图象，请作出该图线。 （4）根据作出的图像，判断该同学可能疏漏的重要实验步骤是 ▲ 。 [答案]11.（共12分） ⑴ 1.050 cm （2分） 0.37m/s（2分） ⑵ （2分） (3)（填1/t2与F同样得分）（2分） 如图所示（2分） （4）没有将气垫导轨调节水平 (2 ⑵某同学利用蓄电池、电压表、电阻箱、单刀开关S1、单刀双掷开关S2和若干导线来 测量一个阻值未知的电阻Rx，实验原理如图甲。 ①根据原理图，在图乙的实物图中完成余下的电路连线。 ②完成下列相关内容 a．闭合开关_________，把开关S2拔向1，调节电阻箱至示数如图丙所示，其电阻值是________，此时电压表的示数是1.5V； b．把开关S2拔向2，此时电压表的示数是0.8V，断开开关S1。 ③用以上测得的数据，计算出电阻Rx=__________Ω。 ④如果蓄电池内阻不计，测得的阻值与真实值之比_________(填“＞”、“＜”或“＝”) 乙 E S2 S1 Rx R 甲 丙 12、某同学利用如图甲所示的装置测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上砝码盘。通过改变盘中砝码的质量，测得6组砝码的质量和对应的弹簧长度，画出一图线，对应点已在图上标出，如图乙所示。（重力加速度） ①采用恰当的数据处理，该弹簧的劲度系数为 。（保留3位有效数字） ②请你判断该同学得到的实验结果与考虑砝码盘的质量相比，结果 。(填“偏大”、“偏小”或“相同”) 12、①3.44 (3分) ②相同 (3分) （2）李兰用如图所示的电路测量该电压表的内阻Rg，测量步骤如下： ①先按电路图接好各元件，P先置于b端，断开开关S，使电阻箱阻值为零。 ②闭合开关S，调节滑动头P于某一位置，使电压表达到满刻度Ug。 ③调节电阻箱阻值，使电压表达到半偏，记下电阻箱读数RV。 ④即得待测电压表内阻Rg=RV。 请回答以下问题： （i）请用笔画线代替导线，将实物图连接完整。 （ii）请指出在操作过程中的失误之处 。 （iii）这一测量值对实际的内阻而言是偏 （填“大”或“小”）。 （iv）请你在不改变实验原理的基础上提出一条提高实验精确度的改进建议： 。 10、 （1）（2分）220 （2）（i）（2分）如图所示 （ii）（2分）滑动头P应先置于a端 （iii）（2分）大 （iv）（2分）方法一：在aP间增加一电压表，当改变RV时，调整滑动变阻器的滑片P，使aP间的电压保持不变。 方法二：在安全的条件下，选用阻值远小于RV的滑动变阻器。 方法三：选用电动势较大的电源。